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我校生命科学学院刘文轩教授课题组在国际著名期刊《Nature Communications》发表高水平论文

时间:2024-03-21 11:51:17 来源:生命科学学院  阅读:

本网讯(通讯员 赵月)近日,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“Wheat powdery mildew resistance genePm13encodes a mixed lineage kinase domain-like protein”的研究论文。该研究成功克隆了小麦广谱抗白粉病基因Pm13,发现其编码Kinase结构域融合MLKL_NTD结构域的一种新型MLKL抗病蛋白,这种结构在植物抗病基因中还未见报道,Pm13基因的克隆为拓展植物抗病分子机理和小麦抗病分子育种应用奠定了重要基础。

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小麦白粉病是由活体营养专性寄生真菌白粉菌(Blumeria graminisf. sp.tritici,Bgt)引起的一种世界性病害,严重影响小麦的产量和品质。小麦野生资源蕴藏着丰富的抗病基因,将这些优异基因导入普通小麦,可以极大丰富小麦抗病基因资源,推动小麦抗病育种的发展,实现绿色安全农业生产。

早在1988年,英国学者就将高大山羊草染色体片段转入普通小麦中,随后发现高大山羊草染色体片段中含有高抗小麦白粉病新基因,并将其命名为Pm13。该基因对我国小麦白粉病表现出良好的抗性。由于携带Pm13基因的外源染色体片段与普通小麦重组率极低,而且此片段在普通小麦背景下遗传不稳定,容易在后代中丢失,所以在生产中没有大量应用。本研究利用高频诱导部分同源染色体重组基因ph1b解决了外源染色体与小麦部分同源染色体之间不能交换重组的难题,创制了111个小麦-高大山羊草3Sl染色体发生交换的重组体,将Pm13精细定位在3Sl短臂端部124.43 kb区间(图1)。然后结合转录组测序,EMS诱导感病突变体分析、VIGS、转基因和等位性测验验证,最终克隆了Pm13基因(图2)。Pm13基因编码激酶结构域融合MLKL_NTD结构域的一种新型激酶融合蛋白(图2),目前该类型的激酶融合蛋白尚未在植物抗病基因中报道。Pm13基因的克隆为拓展植物抗病分子机理奠定重要基础。此外,该研究还开发了2个Pm13基因功能分子标记(AelMLKL-1和AelMLKL-8),创制了携带Pm13的微小外源片段重组体,为小麦抗白粉病育种提供了优异新种质及配套的Pm13分子标记辅助选择技术。

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图1. 来自高大山羊草的抗小麦白粉病基因Pm13的图位克隆

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图2. EMS感病突变体、VIGS和转基因对Pm13基因进行功能验证

生命科学学院青年教师李欢欢副教授为论文第一作者,刘文轩教授、赵月副教授和美国南达科塔州州立大学Sunish K Sehgal教授为论文通讯作者;课题组已毕业硕士生门文强﹑董振杰和田修斌,在读博士生马超和硕士生王超丽和青年教师刘倩雯付出了辛勤的工作;山东省农科院刘成研究员,烟台大学马鹏涛教授,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博士参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46814-7


编辑/黄璞 杨钰晨 审核/郑文明 签发/周红飞

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