近日，我校植物保护学院王逍冬教授与北京大学现代农业研究院陈时盛研究员团队合作在国际知名学术期刊Nature Communications上发表了题为“Cloning of the wheat leaf rust resistance gene Lr47 introgressed from Aegilops speltoides”的研究论文，克隆了来自小麦近缘植物拟斯卑尔脱山羊草的广谱抗叶锈病基因Lr47，并创制了新的短片段易位系，促进该基因的育种利用。
叶锈病是一种世界性的小麦真菌病害，严重威胁小麦的安全生产，可造成严重的小麦产量损失。克隆和利用抗叶锈病基因，培育抗病小麦品种是防治该病害最经济、安全、有效的方法。小麦抗叶锈病基因Lr47来自小麦近缘物种拟斯卑尔脱山羊草，对目前全球主要叶锈菌流行小种具有全生育期、广谱抗病特征，是为数不多的优异抗叶锈病基因。
图1.Lr47候选基因功能验证：EMS突变体、BSMV-sgRNA诱导的基因编辑、转基因互补实验
本研究利用中国春ph1b突变体诱导部分同源染色体7S/7A的重组配对，开展Lr47基因的精细定位，结合改进的MutRNASeq方法快速获得Lr47的候选基因，该候选基因编码一个典型的CC-NBS-LRR蛋白。利用EMS突变体、BSMV-sgRNA诱导的基因编辑、转基因互补实验，验证了候选基因的功能。随后，开发了Lr47基因的选择性分子标记，并发现Lr47只存在于极少数拟斯卑尔脱山羊草材料中，SNP分析表明该基因来源于Ae. speltoides var. speltoides亚族。根据之前的研究报道，Lr47易位系存在连锁累赘，会导致约3.8%减产，并降低出粉率，增加面粉灰分含量等，限制了该基因的育种应用。本研究获得了~36Mb和~13Mb新型短片段易位系，并通过回交转育到我国主栽品种扬麦21，初步的室内和田间性状评估表明获得的新易位系基本不存在连锁的不利性状。
图2.Lr47短片段易位系的细胞学鉴定及其产量/品种性状评估
最后，本研究分析了Lr47基因的表达模式、亚细胞定位、是否诱发坏死、自激活活性等相关研究。该研究将促进抗性基因Lr47的育种利用，为小麦抗叶锈病育种提供基因储备和材料基础。
北京大学现代农业研究院陈时盛研究员和我校植物保护学院王逍冬教授为本文的共同通讯作者；北京大学现代农业研究李洪娜、华蕾和河北农业大学赵淑清为论文共同第一作者。该研究得到了山东省泰山学者、国家重点研发青年科学家项目、河北省杰出青年科学基金等相关经费的资助。
中国工程院院士、西北农林科技大学康振生教授对本项研究工作进行了点评，认为Lr47基因的成功克隆，为小麦抗病遗传改良提供了新的思路和重要种质资源，是我国在小麦抗病基因克隆和遗传育种领域取得的又一项重大研究进展。
作者：植物保护学院 编辑：宣传部
