Nature Genetics | 研究揭示新一代测序技术促进面包小麦抗病基因克隆！

环化测序（CCS）代表了DNA测序的最新技术突破，它规避了迄今为止序列长度和准确性之间的负相关关系，使基因组组装的产物具有极大的完整性和连续性。然而，多倍体面包小麦的大型（约16Gb）、重复序列丰富的基因组仍然是基因组测序和基因克隆项目的挑战。各种面包小麦品种的基因组比较表明，它们对广泛的结构重排、野生小麦近缘种的渗入和基因含量的差异具有高度耐受性，突出了从特定供体小麦系中产生基因组资源以指导农艺学克隆的必要性。由病原真菌小麦条锈菌（Pst）引起的条锈病，在全球小麦生产中越来越受到关注 (Plant Cell | 西北农林科技大学王晓杰团队揭示损害小麦条锈病菌抗性的潜在靶标！)。在小麦基因库中描述的83个条锈病抗性(Yr) 基因中，迄今为止仅克隆了9个，这使得基于序列和分子机制的Yr基因的研究指导下的全球部署无法实现。Kariega是1993年发布的南非春面包小麦品种，显示出高度的植物条锈病抗性（图 1a）。尽管在小麦生产中广泛使用并作为育种计划的亲本，Kariega仍然对南非流行的所有 Pst 具有抗性。Kariega对条锈病的抗性由三个数量性状基因座 (QTL) 赋予：染色体臂2BS上的QYr.sgi-2B.1；染色体臂4AL上的QYr.sgi-4A.1；以及染色体臂7DS上的耐条锈病抗性基因Yr18，该基因编码ABC转运蛋白。

2022年3月14日，国际权威学术期刊Nature Genetics发表了沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Simon Krattinger教授（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！）和南非斯泰伦博斯大学Renée Prins团队的最新相关研究成果，题为Long-read genome sequencing of bread wheat facilitates disease resistance gene cloning的研究论文。

从大型、复杂的作物基因组中克隆具有农学意义的基因仍然具有挑战性。本研究通过结合高保真长读长、光学图谱和染色体构象捕获，得到了南非面包小麦Kariega的14.7Gb的组装染色体。由此产生的组装序列比以前的小麦序列多了一个数量级的连续性。Kariega对毁灭性的真菌条锈病表现出持久的抗性。结果发现特异性抗病基因Yr27编码一个细胞内免疫受体，是这种抗性的主要贡献者。Yr27与条锈病抗性基因Lr13是等位的；Yr27和Lr13蛋白显示97%的序列相似性。研究结果证明了生成染色体规模的小麦组装序列来克隆基因的可行性，并举例说明一个单拷贝基因的高度相似的等位基因可以赋予不同的病原体抗性，这可能为将来设计具有多种识别特异性的Yr27等位基因提供基础。

图 . 组装指导的QYr.sgi-2B.1克隆

图 . 20 个单独的Kariega组装序列的大小、contig N50长度和contig N90长度

图 . 接种无毒Pst 分离株 (6E22A+) 后，Kariega和Avocet 2B中QYr.sgi-2B.1的表达

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