責編 | 王一
條鏽菌是麥類作物中常見一種絲狀真菌病原體，是造成全球糧食作物產量持續下降的重要生物因子之一。有趣的是，儘管小麥和大麥均會受到條鏽菌的危害，但是小麥條鏽菌Pst（P. striiformis f. sp. tritici）和大麥條鏽菌Psh（P. striiformis f. sp. hordei）分別對小麥和大麥具有宿主特異性【1】。已有的研究表明，宿主特異性受到抗性基因的影響【2】，但是由於這些基因在不同種質中的複雜性和多樣性，它們的特性以及對植物育種的影響尚不清楚。
近日，英國The Sainsbury Laboratory Matthew J. Moscou團隊在Nature Communications發表了題為The barley immune receptor Mla recognizes multiple pathogens and contributes to host range dynamics的研究論文，該研究透過研究一組具有代表性的大麥種質對非適應性病原體（小麥條鏽菌）的反應，發現了影響大麥宿主特異性的潛在基因組Rps6、Rps7和Rps8，並進一步揭示了Rps7（定位到Mildew locus a，MLA) 在條鏽菌對大麥宿主特異性中的關鍵作用。
該研究首先對包括76個品種，20個地方品種和27個野生大麥種質資源對小麥條鏽病的抗性篩選，發現栽培和地方品種大麥對小麥條鏽病具有高度抗性而野生種質易感，並且在野生種質中具有表型多樣性。在此基礎上，研究人員透過對高抗型大麥品種 Golden Promise和易感型大麥品種SusPtrit構建的雙單倍體 (DH)群體接種Pst分離株 08/21，並進行表型和連鎖分析，結果發現染色體 1H、4H 和 7H 三個位點與抗性相關，其中染色體7H基因座並定位與先前報道的Pst抗性基因座Rps6，而染色體1H和4H基因座則與大麥白粉病抗性基因座Mla (1H)和mlo (4H)基因座臨近，並分別命名為Rps7（Reaction to Puccinia striiformis 7）和Rps8。此外，該研究發現，Rps6、Rps7和Rps8基因座解釋了Pst侵染的大部分表型變異，三個基因座的缺失會導致Pst侵染並且具有所有三個單個基因座的DH系表現出與Golden Promise一致的高抗表型，表明Rps6、Rps7和Rps8是Golden Promise大麥對小麥條鏽病抗性的基礎。
Three loci underpin resistance to wheat stripe rust (P. striiformis f. sp. tritici) isolate 08/21 in Golden Promise
研究人員在其他大麥種群中調查發現，Rps6、Rps7和Rps8存在於不同的大麥種質中，但是Rps7解釋了更多的表型變異，並且在野生大麥種質中的頻率較低。基於高解析度重組篩選，該研究證實了Rps7與Mla耦合，因此假設Mla基因座具有抗大麥白粉病和小麥條鏽病的雙重功能。進一步，研究人員用小麥條鏽菌分離株 16/035侵染Mla1、Mla6和Mla8的轉基因株系，結果僅在攜帶Mla8 的轉基因株系（而非Mla1和Mla6）中觀察到對小麥條鏽病的抗性。同樣，攜帶Mla8單複製插入片段的轉基因家族對小麥條鏽病分離株 08/21 和 15/151的抗性也顯著提高。然而，Mla8轉基因株系對大麥條鏽病分離株的抗性與對照相似。此外，該研究發現Mla1和Mla8相似性高達97.4%，序列變異僅存於LRR 編碼區，表明大麥對大麥白粉病和小麥條鏽病的等位基因特異性是由這個 522 bp 區域決定的。
Mla8 confers resistance to P. striiformis f. sp. tritici isolates 08/21 and 15/151, but not P. striiformis f. sp. hordei isolate B01/2
綜上所述，該研究鑑定了決定大麥對小麥條鏽病宿主特異性的關鍵因子Mla（Rps7），並發現共享的遺傳結構是對大麥白粉病和小麥條鏽病雙重抗性的基礎。該研究結果對未來麥類作物抗病育種具有重要的指導意義。
參考文獻
【1】Niks, R. E., Alemu, S. K., Marcel, T. C. & van Heyzen, S. Mapping genes in barley for resistance to Puccinia coronata from couch grass and to P. striiformis from brome, wheat and barley. Euphytica 206, 487–499 (2015)
【2】Dracatos, P. M., Haghdoust, R., Singh, D. & Park, R. F. Exploring and exploiting the boundaries of host specificity using the cereal rust and mildew models. N. Phytol. 218, 453–462 (2018)
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27288-3
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