Nature Communications | 华中农业大学研究揭示玉米南方锈病的广谱抗性基因！

玉米是产量最高的作物之一，是全世界牲畜和人类的主要热量和蛋白质来源。然而，玉米的粮食产量和质量因世界各地的许多病害而严重下降。控制这些病害的最有效方法是开发携带抗性基因的玉米品系。抗性基因的鉴定和克隆是实现这一目标的关键步骤。然而，只有16个抗性基因已经从玉米中克隆出来，而且其中很少被证明有育种价值。

植物先天免疫包括模式触发免疫（PTI）和效应蛋白触发免疫（ETI）。PTI是由细胞表面定位的模式识别受体（PRRs）识别微生物成分而触发的，而ETI是由细胞内核苷酸结合的富含白蛋白的重复受体（NLRs）直接或间接地识别微生物效应蛋白而激活。与PTI相比，ETI激活的免疫力更快、更强，尽管它们有类似的下游细胞反应。因此，在作物栽培品种中部署NLR基因一直是提高作物育种中抗病性的主要方法。不幸的是，由于病原体种族的变化，NLR基因赋予的抗性在田间往往不持久。没有相应效应蛋白基因的病原体（称为无毒基因）迅速积累，病原体可能通过相应的无毒基因的突变或缺失而演变，导致NLR基因赋予的抗性被破坏。为了实现广谱抗性，多个NLR基因的叠加已被应用于育种。获得广谱抗性的另一种方法是部署识别核心效应蛋白的NLR基因，这些核心效应蛋白广泛分布于特定病原体的大多数种族中，是它们在作物中的毒力所必需的。尽管为实现这一目标已经做了很多工作，但在主要病原体和作物中还没有发现核心效应蛋白基因-NLR基因对。因此，还没有直接证据证明这一战略是可行的。

2022年7月，国际权威学术期刊Nature Communications发表了华中农业大学赖志兵和严建兵（Science | 重磅！中国农大/华中农大研究揭示利用趋同选择的同源基因提高作物产量的遗传机制！）团队的最新相关研究成果，题为Cloning southern corn rust resistant gene RppK and its cognate gene AvrRppK fromPuccinia polysora的研究论文。

广谱抗性对作物育种有很大价值。然而，其机制在很大程度上是未知的。在这篇文章中，科研人员报告了一个用于抵抗玉米南方锈病（SCR）的玉米NLR基因RppK的克隆，以及来自Puccinia polysora（SCR的病原体）它的同源Avr基因AvrRppK。AvrRppK基因在所有检查的菌株中没有序列变化。它在感染期间有很高的表达水平，可以抑制PTI。此外，将RppK基因导入玉米近交系和杂交种中，可以增强对P. polysora多种分离株的抗性，从而在有SCR的情况下提高产量。综上所述，科研人员表明RppK参与了对多种P. polysora分离株的抗性，它可以识别AvrRppK，而AvrRppK在P. polysora分离株中分布广泛且保守。

图1：基于图位克隆的RppK基因，赋予其对玉米南方锈病的抗性

图2：在有SCR病害的情况下，RppK提高了玉米杂交种JK968（Jing724×Jing92）的粮食产量

图3：PPG1259是RppK的同源无毒基因

图4：AvrRppK抑制几丁质触发的免疫力

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