Nature Communications | 研究揭示坚韧的野草可以拯救小麦免受病原菌侵害！

2022年3月25日，国际权威学术期刊Nature Communications 发表了英国约翰英纳斯中心/沙特阿卜杜拉国王科技大学的小麦研究员Brande Wulff（Molecular Plant | 英国约翰英纳斯中心研究探寻持久抗性基因的方法–小麦R基因图谱！）团队的最新相关研究成果，题为Aegilops sharonensis genome-assisted identification of stem rust resistance gene Sr62的研究论文。该国际合作研究小组从一种不起眼的野生山羊草物种沙融山羊草（Aegilops sharonensis）中发现了抗茎锈病基因，其可以与小麦杂交，使其对最致命的作物病原体产生免疫力。由英国约翰英纳斯中心、塞恩斯伯里实验室和美国明尼苏达大学Brian Steffenson领导的研究团队利用生物信息学方面的进展，开发了沙融山羊草的第一个精确基因组图谱。在以色列和黎巴嫩南部发现的这种坚韧的小麦亲属的遗传潜力在很大程度上还没有被开发。

利用基因图谱和一种名为"Mutant Hunter"的搜索工具技术，研究小组扫描了基因组中的突变，寻找那些对茎锈病免疫的植物中的突变，这种病害困扰了农民几千年。这一搜索确定了一个候选基因，研究人员认为该基因负责保护植物。利用分子镊，他们分离出感兴趣的基因，并将其转移到易感植物中，在那里它对所有测试的小麦茎锈病真菌（Puccinia graminis f. sp. tritici）的菌株都有很强的保护作用。

实验表明Sr62基因编码一种叫做串联蛋白激酶的分子。目前正在研究这个基因的功能，以便研究人员能够对该机制进行生物工程以提高其效率。研究小组计划利用转基因技术，将这个新基因作为常用小麦品种中培育出的一堆基因的一部分。他们预测，利用他们的基因发现和部署方法，将在沙融山羊草和其他野生草种群中发现并克隆更多的抗性基因。众所周知，沙融山羊草拥有许多具有农业重要性的特征，如对包括锈病在内的主要病害的抗性。然而，其漫长的世代时间、坚韧的种皮以及与小麦栽培品种杂交的困难，使其不像其他野生草种那样容易被挖掘出有用的遗传性状。

通过诱变和转录组测序（MutRNA-Seq）鉴定候选基因

通过EMS 诱变和转化小麦对 Sr62 的功能验证

这使得这项研究的结果更加有价值。鉴于沙融山羊草与小麦杂交的巨大困难，可以肯定在野生物种中发现的抗锈病基因将是新的。沙融山羊草在地中海沿岸平原的生境范围非常狭窄。因此，在该物种因城市化而消失之前，努力收集该物种的归属并确定其特征是及时而重要的。科研人员希望在这项研究中克隆的抗性基因在与其他基因结合时，能够赋予小麦品种长期的抗性，从而减少茎锈病的威胁。

这项研究强调了拉丁美洲最近的发展，在那里，为抗旱而设计的转基因小麦已经获得批准，面对气候危机，有可能为转基因特征更广泛地被培育进小麦铺平道路。由于茎锈病的流行越来越频繁，而且气候变化有可能进一步加剧它的传播，因此寻找抵抗茎锈病的方法变得更加紧迫。像茎锈病这样的病原体，已经使小麦的产量减少了21%。不仅谷物本身因病原体而损失，而且用于生产的能源也被浪费了，其相当于4200亿千瓦，足以为发展中国家的3亿个家庭供电。如果能用遗传学进行干预，通过招募在这种看起来很野生的草中发现的抗性，那么这将是对农业和气候变化的一个惊人贡献。

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