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我校刘文轩教授课题组又一创新研究成果在国际著名期刊《Nature Communications》发表

时间:2024-06-07 09:06:08 来源:生命科学学院  阅读:

本网讯(通讯员 赵月)近日,我校生命科学学院刘文轩教授课题组在国际著名学术期刊《Nature Communications》在线发表了题为“Pm57fromAegilops searsiiencodes a tandem kinase protein and confers wheat powdery mildew resistance”的研究论文。该研究图位克隆了来自小麦野生近缘植物西尔斯山羊草的抗白粉病基因Pm57,发现其编码一个新型串联激酶抗病蛋白,对目前已知的所有小麦白粉菌表现高抗或免疫,是一个具有重大应用价值的广谱抗病新基因。并创制了微小片段易位系,促进该基因的育种利用。这是我校刘文轩课题组继今年3月在《Nature Communications》发表高水平论文后取得的又一创新研究成果。

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小麦是我国最重要的粮食作物之一,其生产安全和供给稳定密切关系着我国粮食安全。由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminisf. sp.tritici,Bgt)引起的小麦白粉病是目前影响小麦产量和品质的主要病害之一,可造成严重的小麦产量损失与品质下降。克隆和利用抗白粉病基因,培育抗病小麦品种是防治该病害最经济有效的方法。

小麦野生近缘植物蕴藏着丰富的抗病、抗逆、优质等优异基因,是小麦遗传改良重要的基因资源库,可以通过远缘杂交将其优异基因导入普通栽培小麦中利用。目前在普通小麦中发现的近40%的抗性基因是在过去60年中从野生近缘种杂交到小麦中的。西尔斯山羊草是小麦族山羊草属二倍体物种,是小麦育种改良重要的基因来源。课题组利用福州省白粉菌流行混合生理小种,对一整套中国春-西尔斯山羊草附加系进行苗期白粉菌接种,鉴定到西尔斯山羊草2Ss染色体携带高抗小麦白粉病新基因,并定名为Pm57。

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图1.Pm57基因图位克隆与候选基因功能验证

进一步研究发现Pm57基因对目前我国主要白粉菌流行小种具有全生育期、广谱抗病特征,利用中国春ph1b突变体诱导部分同源染色体的重组配对,开展Pm57基因的精细定位,结合MutRNA-Seq方法快速获得Pm57的候选基因,该候选基因编码新型串联激酶蛋白。利用EMS突变体分析、BSMV-VIGS诱导基因沉默、转基因互补实验,验证了候选基因的功能。随后,基于Pm57基因序列开发了诊断型分子标记,可在育种利用中有效追踪Pm57基因。通过对获得的小片段易位系和转基因系的表型分析,发现其对重要农艺性状无明显不良影响,而且Pm57在育种上还未被育种家利用,因此该基因在小麦抗白粉病遗传改良中有很大的利用潜力。

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图2.Pm57小片段易位系和转基因系的产量性状评估

本论文对Pm57基因的表达模式、亚细胞定位、蛋白三维结构、组织病理学特征以及基因进化等进行了相关分析。该研究将促进抗性基因Pm57的育种利用,为培育广谱抗白粉病小麦新品种提供了重要的基因资源和理论基础。

生命科学学院赵月副教授和已毕业硕士生董振杰(现为南京中兴农业发展在读博士生)为论文共同第一作者,刘文轩教授、李欢欢副教授和美国南达科塔州州立大学Sunish K Sehgal教授为论文共同通讯作者;课题组已毕业硕士生苗敬南、田修斌,在读博士生马超、硕士生贺金秋,青年教师刘倩雯付出了辛勤的工作;我校毕惠惠助理研究员、姚文副教授和李涛副教授,南京中兴农业发展曹爱忠教授,东北师范大学刘宝教授和张智斌教授,美国南达科塔州州立大学Harsimardeep S Gill博士等参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金、福州省科技攻关等项目资助。

论文链接:


编辑/黄璞 杨钰晨 审核/陈明明 签发/周红飞

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