近日，我校王秀娥研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所賀飛研究員團(tuán)隊(duì)以及捷克科學(xué)院Jaro Dolezel教授團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant雜志上在線(xiàn)發(fā)表題為“Pm6 fromTriticum timopheevii encodes an NLR receptor that directly recognizes AvrPm6 to confer powdery mildew resistance in wheat”的研究論文。

該研究在提莫菲維小麥中成功克隆了抗白粉病基因Pm6，其編碼一個(gè)具有C末端激酶結(jié)構(gòu)域（PRK）的NLR蛋白，利用GWAS鑒定了其對(duì)應(yīng)的病原菌效應(yīng)子AvrPm6，揭示Pm6識(shí)別AvrPm6介導(dǎo)白粉病抗性。這一成果深化了小麥對(duì)白粉病抗性機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為小麥抗病育種提供了重要的基因資源和分子標(biāo)記。Pm6是從提莫菲維小麥中克隆的第一個(gè)抗病基因，其成功克隆為利用提莫菲維小麥種質(zhì)資源拓寬小麥抗病遺傳基礎(chǔ)提供了范例。

小麥白粉病是由專(zhuān)性寄生真菌Blumeria graminis f. sp. tritici（Bgt）引起的全球性重大病害，嚴(yán)重威脅小麥生產(chǎn)。截至目前克隆了近30個(gè)白粉病抗性基因（Zhang et al. 2025），但尚無(wú)來(lái)自G基因組抗白粉病基因被克??；由于僅發(fā)現(xiàn)了5個(gè)抗白粉病基因的病原菌效應(yīng)因子(Muller et al., 2022)，白粉病抗性基因識(shí)別病原菌的分子機(jī)制仍不清楚。提莫菲維小麥（Triticum timopheevii，2n=28，AAGG）是小麥抗病育種的重要基因庫(kù)，迄今發(fā)現(xiàn)的提莫菲維小麥抗病基因包括抗白粉病基因Pm6、Pm27、和Pm37，抗葉銹病基因Lr50，抗稈銹病基因Sr36和Sr37等。提莫菲維小麥與栽培小麥具有相同的A基因組以及與栽培小麥B相近的G基因組，其優(yōu)異基因可以通過(guò)有性雜交、遺傳重組等方式被轉(zhuǎn)移和利用。來(lái)自提莫菲維小麥的抗白粉病基因Pm6是小麥育種的重要抗源，但由于兩個(gè)亞基因組分化導(dǎo)致遺傳重組抑制，精細(xì)定位和克隆非常困難。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王秀娥教授團(tuán)隊(duì)利用劉大鈞教授上世紀(jì)90年代在瑞典引進(jìn)的一套栽培小麥-提莫菲維小麥2G/2B染色體片段漸滲系（Tao et al. 2000），開(kāi)展抗白粉病基因Pm6定位與克隆研究。發(fā)現(xiàn)攜帶Pm6的漸滲系表現(xiàn)生育期依賴(lài)的白粉病抗性，利用STS等分子標(biāo)記明確漸滲系漸滲片段大小，并將Pm6定位于0.8 cM遺傳區(qū)間(紀(jì)劍輝 等，2007；Ji et al., 2008)；結(jié)合遺傳分離群體和比較基因組分析，構(gòu)建了Pm6區(qū)域的遺傳圖譜，將Pm6定位在2G長(zhǎng)臂的標(biāo)記CINAU127和CINAU123之間（Qin et al. 2011）；進(jìn)一步通過(guò)引進(jìn)小麥部分同源染色體配對(duì)突變體基因ph1b克服Pm6定位區(qū)間2G與2B的重組抑制，將Pm6基因定位標(biāo)記在CIT02g-20和CIT02g-18之間(Wan et al. 2020)。

該研究在以上研究基礎(chǔ)上，利用ph1b基因打破提莫菲維小麥2G染色體區(qū)段和其對(duì)應(yīng)的普通小麥2B染色體之間的重組抑制，利用兩側(cè)標(biāo)記進(jìn)行篩選，結(jié)合重組單株表型縮小Pm6定位區(qū)間。利用4,462個(gè)單株中篩選到的137個(gè)重組單株，結(jié)合抗性表型，將定位區(qū)間縮小至1.12Mb（圖1A）。通過(guò)流式分選并測(cè)序提莫菲維小麥2G染色體，結(jié)合10+小麥基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該1.12Mb區(qū)間內(nèi)包含25個(gè)編碼基因（圖1A）。結(jié)合EMS突變體創(chuàng)制（圖1B）和基因表達(dá)模式分析（圖1B），確定TraesLAC2B03G00988960（命名為Pm6）為候選基因，其編碼一個(gè)具有C末端激酶結(jié)構(gòu)域（PRK）的NLR蛋白。

圖1 Pm6的精細(xì)定位及候選基因鑒定

在Fielder以及pm6突變體(Mut2)葉片中瞬時(shí)過(guò)量表達(dá)Pm6，顯著降低了白粉菌的吸器指數(shù)（圖2A）；創(chuàng)制Fielder背景中表達(dá)Ubiquitin啟動(dòng)子和Native啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)Pm6的轉(zhuǎn)基因株系，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株白粉病抗性顯著提高，且轉(zhuǎn)基因植株中的Pm6可以回補(bǔ)pm6突變體(Mut2或Mut4)的感病表型（圖2B）。利用VIGS技術(shù)在攜帶Pm6的漸滲系IGVI-465中沉默Pm6，降低了白粉病抗性（圖2C-D）；利用基因編輯技術(shù)在IGVI-465中敲除Pm6，突變株系（KO-1 - KO-3）表現(xiàn)為感?。▓D1E）。證明Pm6正向調(diào)控小麥白粉病抗性。

圖2 Pm6基因的功能驗(yàn)證

與賀飛研究員團(tuán)隊(duì)合作克隆了Pm6對(duì)應(yīng)的病原菌效應(yīng)因子AvrPm6。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析（Xie et al. 2025）將AvrPm6關(guān)聯(lián)到白粉菌第4號(hào)染色體（Chr4:319,716 - 433,404）113 kb區(qū)間，其中包含6個(gè)基因（圖3A）。序列分析發(fā)現(xiàn)，Bgt-50561具有典型的effector特征；亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)，成熟Bgt-50561與Pm6均定位在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中（圖3B）；進(jìn)一步研究表明Pm6與AvrPm6存在直接互作（圖3C-E），確定Bgt-50561（AvrPm6）為Pm6識(shí)別的效應(yīng)因子。煙草細(xì)胞壞死實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AvrPm6與Pm6共注射可以觸發(fā)細(xì)胞壞死（圖3F）。

圖3AvrPm6的克隆及AvrPm6與Pm6互作介導(dǎo)細(xì)胞壞死實(shí)驗(yàn)

本研究開(kāi)發(fā)并利用Pm6基因的功能性分子標(biāo)記對(duì)小麥核心種質(zhì)群體進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)6個(gè)品種攜帶Pm6基因，且均高抗白粉?。▓D4A）。系統(tǒng)進(jìn)化分析顯示，來(lái)自IGVI-465的Pm6序列與攜Pm6的8個(gè)小麥品種（包括10+基因組中的Lancer、Julius和自然群體中的6個(gè)品種）中的Pm6序列完全一致（圖4B），表明，Pm6基因在小麥育種過(guò)程中保持了編碼序列完整性及抗白粉病功能。

圖4Pm6的育種利用

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院和作物遺傳和種質(zhì)創(chuàng)新利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文第一完成單位，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王宗寬副研究員、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝菁忠博士以及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生張華建為論文的共同第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王秀娥教授為論文的通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王海燕教授、肖進(jìn)教授、王巍教授、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所賀飛研究員等參與了本研究。研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金、江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心等基金的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.10.012