Nature Communications | 瑞士苏黎世大学揭示膜结合锚蛋白赋予小麦特定种族的叶锈病抗性！

质膜相关蛋白和细胞内蛋白及蛋白复合物在动植物病原体识别和抗病信号传递中起着关键作用。感知植物病原体的两个主要蛋白质家族是受体类激酶和核苷酸结合亮氨酸富集重复受体（NLR），它们通常赋予种族特异性的抗性（PLOS Pathogens | Paul Schulze-Lefert团队揭示mla NLR对大麦白粉病菌的特异性免疫机制！）。

由真菌病原体小麦锈菌（Puccinia triticina）引起的叶锈病是最普遍和最具破坏性的小麦病害之一（ISME | 瑞士纳沙泰尔大学研究揭示小麦病原菌对异质环境适应性的遗传基础！Nature子刊 | 最新研究揭示小麦赤霉病“罪魁祸首”—禾谷镰刀菌致病新机理！）。风对P.triticina孢子的长距离扩散有利于新进化的叶锈病病原体种族的快速传播。小麦基因库中的遗传抗性是控制叶锈病的最可持续方法。一些小麦品种的特征是具有极高的抗叶锈病能力，即使在几十年后仍可在田间有效。这种持久且广谱的抗性通常是多种加成作用的定量抗病基因的结果（Nature Biotechnology | 最新研究揭示转多基因赋予小麦对病原真菌的广谱抗性！Nature Communications | 法国INRAE研究揭示小麦抵抗叶枯病菌的广谱新机制！）。例如，瑞士冬小麦品种Forno继续表现出对所有测试的P.triticina种族的免疫力。Forno的持久叶锈病抗性由几个具有加成效应的基因控制，包括成年植物抗性基因Lr34和Lr75，以及染色体臂7BL上的种族特异性全阶段抗性基因座，假定为Lr14a。在这三个基因中，只有Lr14a在环境温度下赋予幼苗抗性。观察到Lr14a与Lr75的遗传相互作用以及特征性的中生幼苗抗性表型，同时在同一片叶子上出现了完全发育的叶锈夏孢子堆和超敏斑点。Lr14a的早期工作显示出对环境和遗传因素的强烈依赖。这些主要的幼苗抗病基因的表型和遗传相互作用的这些独特特性，使Lr14a成为分子功能分析的一个有趣目标。

近日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了瑞士苏黎世大学Beat Keller和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Simon G. Krattinger团队的最新相关研究成果，题为A membrane-bound ankyrin repeat protein confers race-specific leaf rust disease resistance in wheat的研究论文。

在这篇文章中，研究人员从六倍体小麦中克隆了具有种族特异性的叶锈病抗性基因Lr14a。最近发布的ArinaLrFor的基因组组装（包含Lr14a的小麦品系）有助于Lr14a的克隆。Lr14a编码包含十二个锚蛋白（ANK）重复序列的膜定位蛋白，结构上与Ca2+渗透的非选择性阳离子通道相似。转录组分析揭示了在Lr14a存在时，与钙离子结合相关的基因被诱导。单倍型分析表明，含Lr14a的染色体片段已多次被引入面包小麦基因库，但我们发现Lr14a编码序列本身没有变化。研究人员的工作证明了一个类似ANK跨膜（TM）型基因家族参与了小麦的种族特异性病害抗性。这为探索ANK-TM类基因在抗病育种中的应用奠定了基础。

图1：Lr14a编码ANK-TM蛋白

图2：在不同条件下Lr14a和发病相关标记基因的相对标准化表达

图3：小麦品种ArinaLrFor和中国春Lr14a基因座的序列比较

图4：LR14A定位于质膜

图5：LR14A诱导小麦和烟草中钙离子结合相关基因

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