2024年8月2日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究组与江苏大学何华纲团队合作，于Nature Communications杂志在线发表文章“A kinase fusion protein from Aegilops longissima confers resistance to wheat powdery mildew”，揭示了小麦广谱抗白粉病基因Pm13的抗病机制。

白粉病是威胁我国小麦粮食安全的重要病害之一，挖掘和克隆抗白粉病基因进而提高小麦品种的抗白粉病能力是当前小麦抗病育种的重要任务和挑战。高大山羊草（Aegilops longissima，2n = 14，S^lS^l）是小麦的一个野生近缘种，与小麦的B基因组祖先高度相关，它能抵御小麦多种病害，是小麦遗传改良的重要资源。抗白粉病基因Pm13是通过种间杂交的方式，从高大山羊草引入到栽培小麦中的。研究表明Pm13对108个国内外不同地区的白粉菌菌株具有良好抗性。然而外源染色体片段导入引起的重组交换抑制阻碍了该基因的克隆和育种利用。

该研究分别利用⁶⁰Co-γ射线和甲基磺酸乙酯(EMS)对携带Pm13的易位系No.3778进行诱变，并筛选得到了10个⁶⁰Co-γ射线诱导的感白粉病的染色体片段缺失系和6个EMS诱导的感病突变体。借助分子标记和10个⁶⁰Co-γ射线诱导染色体片段缺失系，将Pm13定位到0.74 Mb的物理区间。而对野生型材料和6个EMS诱导的感病突变体进行转录组测序分析（MutIsoSeq），则将一个新型融合激酶蛋白基因MLKL-K锁定为候选基因。随后进行基因枪介导的瞬时表达分析和农杆菌介导的转基因分析，证实MLKL-K就是目的基因Pm13（图1）。

Pm13编码的激酶融合蛋白具有特殊的结构，在N端含有一个MLKL_NTD结构域，在C端含有一个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域，两者中间有一段含3个α螺旋的衔接序列（Brace）。烟草叶片和小麦叶片原生质体瞬时表达分析发现，融合片段Brace-Kinase_{122 -476}能够诱导细胞死亡，而全长蛋白和单独的结构域/区段（MLKL_NTD、Brace和Kinase）都不能诱导细胞死亡。该结果表明，Pm13介导的白粉病抗性依赖于功能性的激酶结构域和邻近激酶结构域的Brace区域的3个α螺旋，但在没有病原菌的情况下，激酶融合蛋白处于失活的自抑制状态（图2）。

总结而言，这项研究成功克隆了来源于高大山羊草的广谱抗白粉病基因Pm13，并揭示了其编码的激酶融合蛋白的抗病分子机制，有助于促进Pm13在小麦抗白粉病育种中的应用，也为进一步解析Pm13介导的白粉病抗性的分子机理奠定了基础。

江苏大学何华纲副教授和研究生陈昭昭为本文的共同第一作者，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究员和江苏大学何华纲副教授为共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所沈前华研究员、范仁春博士，四川农业科学院张洁研究员，江苏大学朱姗颖副教授，河南大学高安礼副教授，湖北省农业科学院龚双军研究员，中国科学院分子植物科学卓越创新中心张露博士后，中国农业科学院李洪杰研究员，沙特阿卜杜拉国王科技大学Simon G. Krattinger教授等参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、中国科学院分子植物科学卓越创新中心启动经费等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50909-6

图1，Pm13的克隆基因功能验证

图2，Pm13的抗病分子机制研究