《Plants》：The Key Trichoderma-Induced Gene Encoding a DUF568 Domain-Containing Protein Mediates Defense Responses in Wheat
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含未知功能结构域（Domain of Unknown Function，DUF）568的蛋白编码基因参与植物胁迫适应。为阐明DUF568结构域包含基因在木霉（Trichoderma）诱导的小麦对禾谷镰刀菌冠腐病防御响应中的功能角色，研究人员对六倍体小麦（Tri
含未知功能结构域（Domain of Unknown Function，DUF）568的蛋白编码基因参与植物胁迫适应。为阐明DUF568结构域包含基因在木霉（Trichoderma）诱导的小麦对禾谷镰刀菌冠腐病防御响应中的功能角色，研究人员对六倍体小麦（Triticum aestivum L.）中TaDUF568基因家族进行了全基因组鉴定与特征分析。本研究在基因组水平系统鉴定并表征了33个TaDUF568家族基因，其染色体分布不均且理化性质多样。系统发育、结构与共线性分析揭示了单子叶物种间保守的家族特征，片段重复被证实是基因家族扩张的主要驱动力。表达谱分析显示TaDUF568家族成员间存在分歧的组织特异性表达模式，其中TaDUF568.18受木霉M2强烈诱导。亚细胞定位实验确认TaDUF568.18为定位于质膜的蛋白。稳定转基因功能验证表明，过表达TaDUF568.18可限制病斑扩展、改善农艺性状并增强抗病性。本研究首次表征小麦DUF568家族，并确认TaDUF568.18（注释为TaAIR12）作为木霉介导小麦防御的正向调控因子，为小麦抗病育种提供了宝贵基因资源。
研究背景与立项依据：未知功能结构域（Domain of Unknown Function，DUF）是植物基因组中大量未注释编码序列的代表，DUF568（PF04526）为陆生植物特有的植物特异保守亚家族，此前仅在拟南芥（Arabidopsis thaliana）AIR12及水稻（Oryza sativa）等模式生物中有初步探索，其在六倍体小麦（Triticum aestivum L.）中的全家族演化规律与生物学功能几乎空白。木霉（Trichoderma spp.）作为环保型生防菌可通过重编程宿主转录激活系统抗性，但木霉诱导下未知功能基因家族如何介导小麦对土传病原菌禾谷镰刀菌（Fusarium pseudograminearum）所致冠腐病的防御机制尚不清楚。针对上述缺口，研究人员系统鉴定小麦TaDUF568家族，锁定木霉诱导核心基因TaDUF568.18（即TaAIR12），并在《Plants》报道其正向调控防御与生长协同的分子证据。
主要关键技术方法：研究人员以六倍体小麦品种郑麦1860、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）M2及禾谷镰刀菌Fp-1为材料，设立CK、M2、Fp-1、M2_Fp-1四组处理，根系取样后行Illumina NovaSeq 6000 RNA-seq（比对IWGSC RefSeq v1.1）；利用Pfam PF04526隐马尔可夫模型（E≤1×10?10）联合SMART与NCBI CDD在全基因组筛选七个物种DUF568成员；以IQ-TREE建邻接树、MEME析保守基序、MCScanX做种内种间共线性；取公共GEO与小RNA-seq数据绘制组织与胁迫表达热图；农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导本氏烟（Nicotiana benthamiana）瞬时表达35S::TaDUF568.18-GFP行质膜定位；农杆菌EHA105介导小麦幼胚遗传转化获过表达（OE）纯合系，以野生型为对照评估鲜重、根长、茎基病斑长及防效。
研究结果
2.1 小麦DUF568家族成员鉴定：从六倍体小麦基因组鉴得33个TaDUF568（TaDUF568.1–33），锚定于2A/B/D、4A/B/D、5A/B/D、7A/B/D，4号染色体含12个最多；蛋白长122–416 aa、分子量12.75–44.85 kDa、等电点4.78–10.12，多偏碱，提示功能分化。
2.2 系统发育分析：小麦与水稻、玉米（Zea mays）、大麦（Hordeum vulgare）、高粱（Sorghum bicolor）、谷子（Setaria italica）及拟南芥全长为序列建树分三簇（Group I–III），小麦各簇均有分布，Group I为单子叶特有无拟南芥同源；同簇基序相似，单子叶间亲缘近。
2.3 序列分析：检得10个保守基序（Motif 1/2/3/6为核心），所有成员含典型DUF568域；外显子-内含子数变异，上部 clade 结构简单，部分成员具长UTR或额外外显子，支撑功能分歧。
2.4 基因组共线性分析：种内检得38对片段重复对、无串联重复，片段重复主导扩张；种间与玉米共线对最多（43对），与拟南芥无共线，单子叶禾草间合成保守。
2.5 表达模式分析：八组织RNA-seq示同源基因表达相似，TaDUF568.29/31/33偏生殖组织，TaDUF568.6/10/13/18/21/25偏根与苗；四处理RNA-seq中TaDUF568.18受M2诱导最强，于M2、Fp-1、M2_Fp-1均显著上调，定为木霉响应候选。
2.6 TaDUF568.18亚细胞定位：克隆得3拷贝（794 bp，核酸一致性98.62%，蛋白97.98%），35S::TaDUF568.18-GFP在本氏烟表皮荧光仅于质膜累积，Free-GFP弥漫胞质核内，证其为质膜定位蛋白。
2.7 TaDUF568.18抗病功能验证：OE小麦经Fp-1接种后茎基病斑显著短于野生型，鲜重与根长增加、分蘖增强，无生长抑制；确证TaDUF568.18正向调控小麦抗病与生长。
讨论部分总结：研究人员指出TaDUF568扩张由片段重复驱动且与小麦其他抗病家族演化模式一致，Group I单子叶特有暗示TaDUF568.18具单子叶专属适应意义；根富集与质膜定位使其利于感知木霉衍生激发子（elicitor）及病原相关分子模式（PAMP）启动免疫级联；OE系避开了常规防御基因“生长-防御权衡”负效，同时提升抗禾谷镰刀菌与农艺性状，TaDUF568.18（TaAIR12）为首个被证参与木霉介导免疫的DUF568成员，填补作物生物胁迫中DUF568功能空白。
结论翻译：本研究全面表征小麦TaDUF568基因家族，鉴得33个具明确基因组与结构特征的成员。TaDUF568.18编码质膜定位蛋白，特受木霉M2诱导。功能实验证明TaDUF568.18（注释TaAIR12）正向调控小麦对镰刀菌冠腐病抗性并可协调植物生长与防御响应。这是首例报道DUF568基因介导木霉诱导小麦防御响应的研究，丰富了小麦DUF基因家族功能注释，并为改良小麦抗镰刀菌冠腐病提供了宝贵候选基因。
