新型小麦抗白粉病基因Pm4被鉴定

（2021.3.12 iPlants）

2021年3月11日，Nature Plants杂志在线发表了瑞士苏黎世大学Beat Keller团队题为“Wheat Pm4 resistance to powdery mildew is controlled by alternative splice variants encoding chimeric proteins”的研究论文。该研究通过MutChromSeq方法克隆了小麦白粉病抗性基因Pm4b，该基因编码一个激酶-MCTP蛋白。研究表明，该基因通过可变剪切产生两个具有不同结构域的同源异构体，两者能相互作用并定位在内质网上。此外，两个同源异构体都对小麦抗白粉病是必需的。因此，该研表明揭示了主要作物中种群特异性抗性机制的额外且独特的分子基础。

白粉病是由真菌中的白粉菌科白粉菌引起的植物病害。白粉菌为外寄生性，菌丝体暴露在寄主植物的叶，茎，嫩梢，芽，花，花蕾和果实的表面，并产生大量由菌丝体，分生孢子梗和分生孢子构成的肉眼可见的白色粉状物。白粉病是植物中一种最常见，最普遍的世界性真菌病害，包括约500种白粉菌细菌种危害10000种不同植物物种。受感染叶片枯黄，花蕾移位，果实开裂等，给农作物生产，园艺和林木工业造成巨大的损失。因此克隆植物体内抗白粉病的基因就显得尤为重要。

串联激酶蛋白（tandem kinase protein， TKP）含有两个激酶结构域，是在麦类作物（小麦和大麦）中发现的一种新类型的抗病基因。目前从麦类作物中已经克隆到的串联激酶基因有大麦抗秆锈病基因Rpg1，大麦抗散黑穗病基因Un8，小麦抗条锈病基因Yr15、小麦抗秆锈病基因Sr60和小麦抗白粉病Pm24。

该研究首先在小麦Federation品种中的Fed-Pm4a和Fed-Pm4b品系中评估两个Pm4等位基因的抗性谱，研究发现两者主要在病菌穿透前水平上赋予了快速起作用的抗性，但也导致了一些细胞死亡。随后通过MutChromSeq方法对18个pm4b突变体进行测序，克隆了pm4b基因为AET2Gv21296200，该基因有两个可变剪切体Pm4b_V1和Pm4b_V2，并发现两者对小麦抗白粉病都是必需的。

研究发现，Pm4b_V1和Pm4b_V2蛋白共享前五个外显子，编码具有丝氨酸/苏氨酸特异性的激酶结构域，但它们的C末端不同。Pm4b_V1的C端具有单个C2C结构域，而Pm4b_V2的C端具有两个PRT_C结构域并偶联C2D结构域。此外，Pm4b_V1和Pm4b_V2還能相互作用，并通过细胞定位实验表明Pm4b_V2可能通过形成与ER相关的复合物而将Pm4b_V1从细胞质中募集到ER。

进一步，该研究为了测试克隆的Pm4b候选基因是否足以赋予对小麦白粉病的抗性，将Bgt96224易感小麦品种'Bobwhite S26'与Pm4b_V1和Pm4b_V2的两个全长cDNA稳定地共转化，研究发现两个转录本的转化，可以赋予对小麦白粉病的抗性，并且要是两者同时存在才行，与上述突变体分析相符。进化分析表明在各种小麦属物种中编码完整的全长Pm4_V1-和Pm4_V2-like蛋白的18个Pm4同源物。Pm4同源物存在于黑麦和大麦的同源2组染色体上，以及在二倍体，四倍体和六倍体小麦的A，B和D基因组上。而且，'中国春' 的小麦参考基因组序列中不存在Pm4，完全没有Pm4等位基因或同系物。研究分析表明Pm4可能是丝氨酸/苏氨酸激酶与MCTP家族成员的C端部分之间的基因融合事件所致。

综上所述，Pm4是一种有价值的基因，可用于抗病育种，因为Pm4等位基因对从中国和美国等经济相关的小麦种植地区的Bgt分离株有抗性。