南京农业大学最新PNAS文章

　　

生物通报道，南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室陈佩度教授领导的研究小组发现了簇毛麦抗白粉病基因Pm21中的一个关键成员Stpk-V，此基因赋予了小麦白粉病抗性。该研究结果发表在最新一期的《PNAS》杂志上。

小麦白粉病是由白粉菌引起的世界性真菌病害，而培育抗性品种是控制白粉病的有效途径。文章的通讯作者，陈佩度教授长期从事小麦遗传育种的科研工作，他曾将簇毛麦抗白粉病基因Pm21定位于6V染色体短臂上，并将6VS•6AL易位系引入小麦，赋予了持久、广谱的白粉病抗性。

然而，Pm21很难进行分子遗传定位，因为6VS与6AS不配对。而且，簇毛麦的所有已知种质都对白粉菌有免疫力。Pm21依然被细胞遗传学定义为一个基因座。

在本研究中，陈佩度教授领导的研究小组利用分子和细胞遗传学技术，克隆并鉴定出Pm21基因的关键成员——丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶基因Stpk-V。Stpk-V位于Pm21基因座上。单细胞瞬时表达分析的结果表明此基因能够显著降低吸器指数（haustorium index）。

将Stpk-V转化到一种易感的小麦品种Yangmai158后，这种转基因植物表现出高且光谱的白粉病抗性，与T6VS•6AL类似。在T6VS•6AL和簇毛麦中，Stpk-V基因的沉默使得易感性增加。此外，研究人员还发现，Stpk-V可通过Bgt和外源H2O2诱导，同时它也调节内源H2O2的增加，使得植物被Bgt攻击后细胞死亡。

作者们在文中提到，在后续研究中，他们将利用内源启动子评估Stpk-V的功能，并关注Stpk-V与其他易感品种中同源基因的多态性。同时，他们还想确定Pm21基因座上有多少个基因，以及Stpk-V是否是赋予抗性表型所必需的唯一基因。（生物通 余亮）

作者简介：
陈佩度，男，1944年3月出生，教授，博士生导师。目前主要从事小麦分子细胞遗传学、植物遗传工程、分子标记辅助育种、特异种质创新和新品种选育等方面的研究以及分子细胞遗传学、植物育种学方面的教学工作。

他长期从事小麦遗传育种教学、科研工作，育成“宁麦三号”小麦，曾是80年代淮南麦区的主栽品种。有创见地将核型分析、端体配对和染色体分带相结合，将传统的细胞遗传学方法与分子遗传学技术紧密结合，综合应用于外源染色体及其片段以及外源基因的转移和鉴定，提高了研究精度及育种效率。先后育成了抗白粉病的小麦—簇毛麦和抗赤霉病的小麦—大赖草、小麦—鹅观草异附加系、代换系和易位系，为小麦遗传育种创造了优异新种质。将簇毛麦抗白粉病基因定位于6V染色体短臂并导入小麦，已被国际小麦基因命名委员会命名为Pm21。开展小麦抗白粉病分子标记辅助育种，育成含有Pm21基因的抗白粉病小麦新品种—南农9918，已於2002年通过江苏省品种审定委员会审定。与江苏省里下河地区农科所合作育成抗白粉病高产新品种扬麦10号、11号，已开始大面积推广。

原文摘要：

Serine/threonine kinase gene Stpk-V, a key member of powdery mildew resistance gene Pm21, confers powdery mildew resistance in wheat

PNAS May 10, 2011 vol. 108 no. 19 7727-7732

摘要：
Powdery mildew resistance gene Pm21, located on the chromosome 6V short arm of Haynaldia villosa and transferred to wheat as a 6VS•6AL translocation (T6VS•6AL), confers durable and broad-spectrum resistance to wheat powdery mildew. Pm21 has become a key gene resource for powdery mildew resistance breeding all over the world. In China, 12 wheat varieties containing Pm21 have been planted on more than 3.4 million hectares since 2002. Pm21 has been intractable to molecular genetic mapping because the 6VS does not pair and recombine with the 6AS. Moreover, all known accessions of H. villosa are immune to powdery mildew fungus. Pm21 is still defined by cytogenetics as a locus. In the present study, a putative serine and threonine protein kinase gene Stpk-V was cloned and characterized with an integrative strategy of molecular and cytogenetic techniques. Stpk-V is located on the Pm21 locus. The results of a single cell transient expression assay showed that Stpk-V could decrease the haustorium index dramatically. After the Stpk-V was transformed into a susceptible wheat variety Yangmai158, the characterized transgenic plants showed high and broad-spectrum powdery mildew resistance similar to T6VS•6AL. Silencing of the Stpk-V by virus-induced gene silencing in both T6VS•6AL and H. villosa resulted in their increased susceptibility. Stpk-V could be induced by Bgt and exogenous H2O2, but it also mediated the increase of endogenous H2O2, leading to cell death and plant resistance when the plant was attacked by Bgt.