近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用植物基因組團(tuán)隊(duì)聯(lián)合湘湖實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所等單位在A(yíng)dvanced Science 雜志以“A Transmembrane Protein WAI-B2 Confers Multiple Disease Resistance in Wheat by Activating Autoimmunity”為題報(bào)道了小麥自發(fā)免疫基因WAI-B2發(fā)掘的新研究進(jìn)展。

小麥（Triticum aestivum L.）是世界主要口糧作物之一，培育抗病品種是小麥育種的重要目標(biāo)，也是應(yīng)對(duì)小麥病害威脅最經(jīng)濟(jì)有效的方法。發(fā)掘廣譜多抗基因資源，定位和克隆同時(shí)抗多種病害的抗病基因并解析其抗病機(jī)制可為小麥抗病育種提供材料和理論基礎(chǔ)。小麥自發(fā)免疫（Wheat AutoImmunity, WAI）突變體是指在小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中自發(fā)激活免疫反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生葉片壞死，表現(xiàn)出能夠抵抗多種病原菌的侵染，并對(duì)病原菌具有廣譜抗性特點(diǎn)的一類(lèi)突變體。定位和克隆自發(fā)免疫基因、解析其激活免疫反應(yīng)從而產(chǎn)生細(xì)胞壞死的機(jī)制，對(duì)揭示小麥程序性細(xì)胞死亡（Programmed cell death, PCD）的發(fā)生機(jī)制和小麥抗多種病害品種的精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)具有重要意義。

小麥自發(fā)免疫基因WAI-B2的分子設(shè)計(jì)

研究團(tuán)隊(duì)利用EMS（Ethyl-methanesulfonate）誘變篩選到小麥自發(fā)免疫突變體8P4087，發(fā)現(xiàn)其在自發(fā)激活免疫后會(huì)產(chǎn)生一系列活性氧（Reactive oxygen species,ROS）爆發(fā)、PR （Pathogenesis-related）基因表達(dá)量升高、PCD等過(guò)敏性壞死（Hypersensitive response）反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)從8P4087中克隆出控制自發(fā)免疫的基因WAI-B2（Wheat AutoImmunity-B2），WAI-B2編碼一個(gè)未知功能的跨膜蛋白，通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其功能，并發(fā)現(xiàn)該基因?qū)π←湴追鄄　⑷~銹病、條銹病和稈銹病具有良好抗性，為廣譜多抗基因。進(jìn)一步分析表明，WAI-B2與TaHsp90和TaHsp70相互作用，這一相互作用在維持細(xì)胞穩(wěn)定、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控PCD非常重要。進(jìn)一步明確了WAI-B2中的關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)與自發(fā)免疫表型的關(guān)系，通過(guò)AlphaFold 2和SWISS-MODEL預(yù)測(cè)最佳氨基酸替換位點(diǎn)及氫鍵作用位點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一系列新型WAI-B2等位基因，并成功獲得可在本氏煙中引發(fā)輕度細(xì)胞死亡的等位基因，為人工智能設(shè)計(jì)高產(chǎn)多抗作物品種提供了新的基因靶點(diǎn)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和湘湖實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合招收博士后李雯玲為論文第一作者，湘湖實(shí)驗(yàn)室助理研究員陳永興為共同第一作者，湘湖實(shí)驗(yàn)室吳秋紅研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)賈海燕教授、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉志勇研究員和趙玉勝研究員為論文共同通訊作者。

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/advs.202511576