小麦远缘杂交及染色体工程育种研究取得进展
文章导读
你正在为小麦条锈病年年爆发而头疼，常规抗病基因要么效果有限，要么严重影响产量。但你可能不知道，真正解决问题的关键可能就藏在黑麦的基因里。中科院团队最新发现了一个结构独特的广谱抗病基因Yr83，它竟然融合了转座酶结构域——这个设计在自然界从未被发现过。更惊人的是，这个看似多余的结构域一旦被删除，抗病能力就会完全消失。研究还表明，携带该基因的小麦在保持免疫的同时，小穗数和穗粒数反而显著提升。这个发现会不会彻底改变我们设计抗病作物的思路？
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凭借抗寒、耐旱与抗病等优良特性，黑麦为小麦遗传改良提供了宝贵的基因资源。
近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所成功从小黑麦品种Rozovskaya中克隆了广谱抗条锈病基因Yr83。该基因最独特的结构特征在于其经典NLR蛋白的C端融合了一段来源于Harbinger转座酶的HTDND结构域。功能研究证实，该结构域是Yr83行使抗病功能的重要元件，将该结构删除后转基因植株完全丧失抗性。蛋白结构域互作分析显示，HTDND不仅与NLR本体的各结构域存在较弱相互作用，自身还存在较强的相互作用。这暗示其可能参与维持蛋白的自抑制状态以及驱动抗病小体的组装过程。这种抗病蛋白在此前从未报道过，揭示了一种全新的抗病蛋白进化机制。
功能验证表明，Yr83对我国当前流行的多个条锈菌小种均表现近免疫抗性，且对小麦主要农艺性状无负面影响。在育种应用中，课题组创制了携带Yr83的小片段易位系6R/6A，实现了抗病性与产量的协同改良：在保持免疫条锈病的同时，显著提高了小穗数和穗粒数。研究为小麦抗条锈病育种提供了重要基因资源，揭示了转座子结构域被“驯化”为抗病反应元件的新机制，为人工设计抗病基因开辟了新思路。
相关研究成果发表在Nature Plants上。研究工作得到国家重点研发计划等的支持。
转座酶结构域对Yr83抗病功能至关重要
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