研究人员发现野生二粒小麦的自然变异具有广谱抗病性

面包小麦是数百万人最重要的主粮作物之一，显然是全球种植和贸易量最大的谷物。面包小麦是具有三个亚基因组(2n = 6x = 42，AABBDD)的六倍体物种，经历了两次独立的异源多倍化和驯化事件。

由于瓶颈效应，现代小麦的遗传多样性极低，导致遗传侵蚀，对环境胁迫、病虫害的敏感性和脆弱性增加。野生二粒小麦 Triticum dicoccoides (2n = 4x = 28, AABB) 是硬粒小麦和面包小麦的直接野生祖先，为现代小麦改良提供了新颖的自然变异。

中国科学院遗传与发育生物学研究所(IGDB)研究人员在克隆广谱白粉病抗性基因Pm36方面取得进展，该基因编码一种新型跨膜域串联激酶(WTK7-TM)，该激酶源自野生二粒小麦。

该成果于4月10日在线发表在《自然通讯》杂志上。

Pm36首先从野生二粒小麦-硬粒小麦回交渐渗系中鉴定出来，并由意大利巴里大学的科学家利用扩增片段长度多态性、简单序列重复(SSR)和表达序列标签(EST)定位到5BL染色体臂上——派生制造商。

中国农业大学的科学家在大约相同的时间内培育出抗白粉病的野生二粒小麦与普通小麦回交渐渗系，并通过进行比较基因组分析，使用多态性SSR、EST衍生序列标记位点标记对同一基因进行精细定位。

在本研究中，为了克隆 Pm36，根据小麦及其野生近缘种的可用参考基因​​组序列，使用由 31,786 个配子组成的更大分离群体，在仅包含 4 个高置信度基因的小基因组区间内对 Pm36 进行精细定位。然而，通过农杆菌介导的转化将这个区间内的两个表达基因分别导入高感小麦品种Fielder进行功能表征后，没有发现这些基因是Pm36。

研究人员随后想知道这是否是 Pm36 基因区域基因组结构的变异。利用PacBio SMRT长读长测序技术降低的成本，对携带Pm36的四倍体野生二粒小麦渗入系5BIL-29进行测序，生成用于基因组序列组装的HiFi读段和Hi-C读段。从组装的基因组中捕获了跨越整个 Pm36 物理作图区间 (1.17 Mb) 的 7.1 Mb 重叠群 ptg000422。

毫不奇怪，在包含七个额外预测基因的 Pm36 物理区域中发现了大序列插入，并且具有预测跨膜结构域的推定串联激酶(WTK7-TM) 被进一步确认为 Pm36 基因。

单倍型变异分析表明，Pm36(WTK7-TM)仅存在于南部野生二粒小麦基因库中。研究表明，在土耳其东南部的野生二粒小麦自然栖息地(据信小麦已被驯化)以及栽培的四倍体和六倍体小麦中，缺乏 Pm36 和其他几个克隆的抗病基因，例如 Pm41、Yr15 和 Yr36这些抗病基因被留在野外，没有整合到栽培小麦基因库中。

大多数克隆的小麦抗性基因编码细胞内核苷酸结合的富含亮氨酸的重复受体蛋白。小麦串联激酶(WTK)最近被认为是小麦及其野生近缘种中的一种新型抗性蛋白，具有多种类型的抗病性，包括条锈病、茎锈病、叶锈病、白粉病和麦瘟病。

Pm36/WTK7-TM 是在野生二粒小麦中发现的，并已被证明对不同的 Blumeria graminis f 分离株具有抗性。 sp。小麦。 Pm36已被用来开发具有广谱抗性和高产潜力的先进育种品系，以确保粮食安全。