責編 | 王一

全球約有35%~40%的人口以小麥為主要糧食，其種植面積遠超過玉米、水稻、大豆，是世界第一大糧食作物。小麥的生長髮育常受到一些病蟲害的威脅，嚴重影響其產量和品質。小麥葉枯病（Septoria tritici blotch，STB）由Zymoseptoria tritici引起，是一個世界性的小麥病害，極大地降低了小麥的總體產量【1】。

迄今為止，已在栽培小麥、地方小麥品種、野生小麥和六倍體小麥中鑑定到了22個主要的Stb抗性基因【2, 3】。2018年，Nature Genetics報道了第一個Stb基因Stb6【4】，該基因的克隆為小麥葉枯病抗性基因Stb的研究奠定了重要基礎。

近日，法國國家農業食品與環境研究所的Thierry Langin團隊在Nature Communications發表了題為A wheat cysteine-rich receptor-like kinase confers broad-spectrum resistance against Septoria tritici blotch的研究論文，報道了一個新的小麥葉枯病廣譜抗性基因Stb16q。

在該工作中，研究人員首先發現SHW TA4152-19具有獨特的廣譜抗性，可抵抗不同地理分佈的64種Z. tritici病原菌。QTL分析表明，位於Stb16q基因座及其附近存在一個主要的抗性基因。透過功能驗證，確認Stb16q是Crk6，其編碼一個富含半胱氨酸的類受體激酶。Stb16q基因包含7個外顯子和6個內含子，其轉錄長度為3975 bp，主要在小麥的葉片中表達，並且隨著發育階段而表達增強。STB16蛋白包含兩個DUF26結構域，一個跨膜結構域和一個細胞內絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶結構域。在菸草葉片中的瞬時表達發現，STB16-GFP主要定位於質膜上。

進一步研究發現，STB16可能在早期階段阻止Z. tritici的侵染。已有的研究表明，包含DUF26結構域的Gnk2具有甘露糖結合活性【5】，涉及該活性的所有氨基酸均在STB16 C端的DUF26結構域中保守，表明STB16可能識別質外生植物或真菌衍生的甘露糖或衍生物，進而觸發Stb16q介導的廣譜防禦，在病原體穿過氣孔或進入氣孔下腔之前阻止病程的發展。

STB16在Z. tritici感染的早期階段發揮作用

綜上所述，作者透過比較基因組學、誘變和功能互補鑑定到一個新的小麥葉枯病廣譜抗性基因Stb16q。STB16編碼一個富含半胱氨酸的類受體激酶，可能在病原菌感染的早期階段發揮作用。重要的是，在現有的栽培小麥品種中幾乎沒有Stb16q，未來或可將Stb16q引入到栽培小麥中，以實現小麥對葉枯病的廣譜抗性，這也凸顯了種植資源對小麥遺傳改良的重要性。

參考文獻

1. Savary, S. et al. The global burden of pathogens and pests on major food crops. Nat. Ecol. Evol. 3, 430–439 (2019).

2. Brown, J. K. M., Chartrain, L., Lasserre-Zuber, P. & Saintenac, C. Genetics of resistance to Zymoseptoria tritici and applications to wheat breeding. Fungal Genet. Biol. 79, 33–41 (2015).

3. Yang, N., McDonald, M. C., Solomon, P. S. & Milgate, A. W. Genetic mapping of Stb19, a new resistance gene to Zymoseptoria tritici in wheat. Theor. Appl. Genet. 131, 2765–2773 (2018).

4. Saintenac, C. et al. Wheat receptor-kinase-like protein Stb6 controls gene-for-gene resistance to fungal pathogen Zymoseptoria tritici. Nat. Genet. 50, 368–374 (2018).

5. Miyakawa, T. et al. A secreted protein with plant-specific cysteine-rich motif functions as a mannose-binding lectin that exhibits antifungal activity. PLANT Physiol. 166, 766–778 (2014).

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20685-0#Sec9