小麦半显性NLR等位基因TaCNLnecl通过激活苯丙氨酸代谢通路调控生长与白粉病抗性的分子机制

本研究鉴定出小麦半显性突变体necl，发现其由CC-NLR蛋白TaCNL第421位赖氨酸突变为谷氨酸（Lys421Glu）所致，该突变通过激活苯丙氨酸分解代谢途径和提升水杨酸（SA）水平增强白粉病抗性。研究首次揭示酸性氨基酸替换可诱导免疫坏死，为设计抗病蛋白提供新策略，对小麦持久抗病育种具有重要价值。

　　

小麦抗病与生长调控的双刃剑：TaCNL^necl突变体的发现与机制解析

表征necl突变体表型

从六倍体小麦Z39的氮离子束诱变群体中筛选出necl突变体，该突变体在抽穗期叶片自发产生坏死斑，同时表现出对白粉病菌（Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt）的抗性增强。组织学分析显示，坏死区域伴随H₂O₂积累和病程相关基因PR1/PR5的显著上调，暗示其触发了类似超敏反应（HR）的免疫应答。

基因定位与功能验证

通过图位克隆将目标基因锁定在2B染色体532 kb区间，结合SY Mattis v1.0基因组注释，鉴定出TraesSYM2B03G00846280（TaCNL）的c.1261A>G突变导致NB结构域Lys421Glu替换。瞬时表达实验证实，TaCNL^necl能在本氏烟中诱发细胞死亡，而野生型TaCNL^Z39无此活性。过表达TaCNL^necl的小麦转基因植株出现严重矮化和早衰，而EMS诱变回复突变体则丧失坏死表型与抗病性，确证该突变具有功能获得性效应。

免疫激活的分子开关

结构预测显示，Lys421Glu突变导致TaCNL蛋白空腔体积扩张，可能破坏其自抑制构象。人工突变实验进一步发现，将421位碱性氨基酸替换为酸性氨基酸（如Asp）均可诱导细胞死亡，而极性/非极性氨基酸替换则无此效应，揭示NB结构域特定电荷特性对免疫激活的关键作用。

TaCNL-TaPAL通路调控抗病性

酵母双杂交筛选发现TaCNL^necl与苯丙氨酸解氨酶TaPAL-6A的活性中心互作。necl突变体中TaPAL-6A表达量和酶活性显著升高，激活下游苯丙烷代谢通路，促进SA合成。外源SA处理可增强野生型对白粉病的抗性，而BSMV介导的TaPAL沉默则削弱necl抗性，证实该通路的核心调控作用。

潜在应用与进化启示

在413份小麦种质中鉴定出TaCNL自然变异体TaCNL-b（Lys421Asn），但其不引发免疫激活，暗示氨基酸特性差异决定功能分化。研究为设计"抗病不坏死"的合成NLR蛋白提供靶点，同时揭示SY Mattis基因组在复杂区域分析中的优越性，为多倍体作物基因克隆提供方法学参考。

未解之谜与未来方向

尽管明确了TaCNL-TaPAL的物理互作，但二者如何协同调控SA合成的分子细节仍需解析。叶龄依赖性坏死表型与光合作用相关基因下调的关联，以及活性氧爆发与叶绿体异常的超微结构证据，暗示免疫应答与能量代谢的复杂权衡关系，这将是后续研究重点。