温度依赖性小麦秆锈病抗性基因的分子机制解析

推荐 为应对小麦秆锈病（Puccinia graminis f.sp.tritici, Pgt）对全球粮食安全的威胁，尤其是其毒力菌株对现有抗性基因的克服，研究人员克隆了温度敏感型抗性基因Sr6。通过MutRenSeq技术，发现Sr6编码一个含有BED结构域的NLR蛋白，其在低温下增强抗性。研究揭示了不同抗性基因在温度依赖性免疫反应中的分子途径差异，为气候变化下的抗病育种提供了新策略。

　　

论文解读
小麦秆锈病（Puccinia graminis f.sp.tritici, Pgt）作为全球小麦生产的主要威胁之一，其毒力菌株如Ug99已使全球80-90%的小麦品种易感。传统抗性基因如Sr6在高温下失效，而Sr13和Sr21则在高温下表现更佳。为应对这一挑战，澳大利亚CSIRO研究所的研究人员开展了系统研究，旨在解析温度依赖性抗性基因的分子机制。研究成果发表在《Nature Communications》上，为未来抗病育种提供了理论基础。

研究人员采用了MutRenSeq技术，结合抗性基因富集测序，成功克隆了Sr6基因。通过分析近等基因系在接种Pgt后的基因表达，发现Sr6在低温下显著上调表达，而Sr13和Sr21则在高温下表现出更强的抗性。研究还揭示了不同抗性基因在防御反应中的独特分子途径，如Sr6与水杨酸（SA）相关基因的关联，而Sr13和Sr21则与茉莉酸（JA）途径相关。

主要技术方法
研究人员使用了MutRenSeq技术进行抗性基因的富集测序，并通过RNA测序（RNAseq）分析基因表达差异。此外，利用qPCR验证了关键基因的表达模式，并通过转基因技术验证了Sr6的功能。

研究结果

1. Sr6基因的克隆与功能验证：通过MutRenSeq技术，研究人员从中国春*5/红埃及2D（CS/RE 2D）替换系中鉴定出Sr6候选基因，并通过转基因验证其在低温下的抗性功能。
2. 基因表达的温度依赖性：RNAseq分析显示，Sr6在低温下显著上调表达，而Sr13和Sr21则在高温下表现出更高的表达水平。
3. 防御途径的差异：Sr6与SA相关基因密切相关，而Sr13和Sr21则与JA途径相关。不同抗性基因在防御反应中表现出独特的分子途径。
4. 蛋白质结构分析：通过AlphaFold3预测，Sr6、Sr13和Sr21的蛋白质结构显示出保守的N端、NB-ARC和LRR结构域，但N端结构存在显著差异。

研究结论与讨论
研究表明，温度依赖性抗性基因在不同温度条件下激活不同的防御途径，这一发现为气候变化下的抗病育种提供了重要依据。Sr6的克隆不仅丰富了抗性基因资源，还为理解温度敏感型抗性的分子机制提供了新视角。研究强调了在不同气候条件下选择合适抗性基因的重要性，并为未来抗病育种策略的制定提供了科学依据。

通过这项研究，研究人员揭示了温度依赖性抗性基因的分子机制，为应对全球气候变化对小麦生产的影响提供了新的解决方案。这一发现不仅具有重要的科学意义，还为农业生产实践提供了切实可行的指导。