2篇Science文章：揭示抗真菌新基因

　　

生物通报道  近期出现的一种叫做秆锈菌（stem rust fungus）的真菌菌株正威胁着全世界90%的驯化小麦品种。根据发表在6月27日《科学》（Science）杂志上的两篇新研究论文报道，研究人员从对抗这一真菌的小麦近缘种中发现了两个新基因，有可能使得这一真菌威胁很快得到遏制。

堪萨斯州立大学小麦遗传学资源中心主任Bikram Gill说：“Ug99秆锈菌菌株正威胁着全世界的小麦作物，这是克隆出的第一批对抗Ug99的基因。因此，这是一个非常令人感到兴奋的消息。”

那些被用来制成面包和面食的驯化小麦品种为全球的人群提供了达20%的卡路里摄入。然而小麦有一个天敌——一种橘红色的真菌生长在它的茎部，最终杀死这一植物。在过去的50年，由于人们将其与包含抗性基因的品种进行杂交，在驯化小麦中秆锈菌得到有效地控制。

然而在1999年的乌干达，秆锈菌增加了它的砝码。出现的一种新真菌菌株战胜了这一抗性，开始迅速地大面积破坏驯化作物。此外，随后针对各种组合的驯化小麦品种进行测试的结果揭示，90%的小麦品种都易感染这种称作为Ug99的新菌株。

瑞士苏黎世大学植物学家Simon Kittenger（未参与该研究）说：“最令人们感到担心的是，这一疾病传播极其迅速。现在存在于东非和南非所有的地区，甚至传播到了也门和伊朗。如果进一步传播到亚洲，它有可能会影响世界上两个主要的小麦生产国：印度和中国。这有可能是一场灾难。”

由于驯化小麦品种容易感染Ug99，澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究员Evans Lagudah，转向研究了小麦的一个野草近种：山羊草（Aegilops tauschii）。山羊草已知携带着一种名为Sr33的Ug99抗性基因。同时堪萨斯州立大学植物病理学家Eduard Akhunov开始着手调查原始小麦：栽培一粒小麦(Triticum monococcum L.)，它也携带着一种名为Sr35的Ug99抗性基因。

虽然科学家们早已知道存在Sr33和Sr35基因，但却不清楚它们在植物基因组中的精确定位以及特性。研究小组进行了遗传作图和DNA指纹分析，将他们的搜索对象缩小至几个候选基因，然后通过导入突变，看看哪些会导致Ug99抗性丧失，找到了准确的基因。

在山羊草基因组中一个叫做AetRGA1e的基因被证实是科学家们一直在寻找的Sr33基因，而来自栽培一粒小麦的CNL9基因则是Sr35。当将其中一个基因转移到Ug99易感小麦宿主中，它们赋予了小麦Ug99抗性。

这两种基因提供的抵抗力存在一些差异。CNL9赋予了对Ug99和相关菌株几乎完全的免疫，但对其他形式的秆锈菌易感，而AetRGA1e可以抵抗目前测试的所有秆锈菌菌株，但对Ug99只有中等抗性。出于这一原因，Lagudah认为保护驯化小麦的最佳方案就是，将两个基因共同导入到一株植物中。“我们需要比真菌提早一步，因为最终它将会发生突变，并战胜这一抗性，”他说。

Akhunov认为，将两种基因导入单一小麦品种最快最简单的方法就是采用转基因技术，但他也承认这会引发围绕转基因作物的政治争论。“我们可以采用经典的方法将这些基因转移到小麦中，我们可以进行杂交，并筛选出具有这些基因的植物，但它需要大量的时间。开发出这种植物可能需要5-7年的时间。如果疾病如Kittenger推测的那样正快速传播，有可能会存在延迟风险。而采用转基因生成这种植物大约需要6个月时间。”

Akhunov说，要考虑的另外一件事情是，这一病菌正在快速地进化。自从发现Ug99以来，出现了另外5个或6个衍生菌株。“我们不仅要继续寻找新的抗性基因，还需要想出更快的方法做出响应。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The Gene Sr33, an Ortholog of Barley Mla Genes, Encodes Resistance to Wheat Stem Rust Race Ug99

Wheat stem rust, caused by the fungus Puccinia graminis f. sp. tritici, afflicts bread wheat (Triticum aestivum). New virulent races collectively referred to as “Ug99” have emerged, which threaten global wheat production. The wheat gene Sr33, introgressed from the wild relative Aegilops tauschii into bread wheat confers resistance to diverse stem rust races, including the Ug99 race group. We cloned Sr33, which encodes a coiled-coil, nucleotide-binding, leucine-rich repeat protein. Sr33 is orthologous to the barley (Hordeum vulgare) Mla mildew resistance genes that confer resistance to Blumeria graminis f. sp. hordei. The wheat Sr33 gene functions independently of RAR1, SGT1, and HSP90 chaperones. Haplotype analysis from diverse collections of Ae. tauschii placed the origin of Sr33 resistance near the southern coast of the Caspian Sea.

Identification of Wheat Gene Sr35 That Confers Resistance to Ug99 Stem Rust Race Group

Wheat stem rust, caused by Puccinia graminis f. sp. tritici (Pgt), is a devastating disease that can cause severe yield losses. A new Pgt race designated Ug99 has overcome most of the widely used resistance genes and is threatening major wheat production areas. Here, we demonstrate that the Sr35 gene from Triticum monococcum is a coiled coil-nucleotide binding-leucine rich repeat gene that confers near-immunity to Ug99 and related races. This gene is absent in the A-genome diploid donor and in polyploid wheat, but is effective when transferred from T. monococcum to polyploid wheat. The cloning of Sr35 opens the door to the use of biotechnological approaches to control this devastating disease and to the analyses of the molecular interactions that define the wheat-rust pathosystem.