小麥是主糧作物之一，小麥白粉病和麥瘟病嚴重影響糧食生產，威脅國家糧食安全。

日前，中國科學院遺傳與發育生物學研究所團隊發現，我國小麥地方品種所特有的廣譜抗白粉病基因資源Pm24，其編碼的串聯激酶抗病蛋白WTK3不但抗白粉病，還兼具麥瘟病抗性。

相關研究結果表明，該基因在小麥育種中具有重大育種應用價值，為培育持久廣譜多抗小麥新品種帶來了新希望。

01

協同作戰 共御病害

串聯激酶是近年來在小麥和大麥中發現的一類新型抗病蛋白，由兩個或多個激酶結構域串聯而成，分別表現出對條銹病（Yr15）、葉銹病（Lr9）、稈銹病（Rpg1、Sr60和Sr62）、白粉病（Pm24、Pm36和Pm57）、麥瘟病（Rwt4）和黑粉病（U8）的抗性（圖1），具有重要的育種價值。

團隊前期分別從中國小麥地方品種“葫蘆頭”和野生二粒小麥中，克隆到編碼新型串聯激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24和Pm36。

▲圖1 串聯激酶類抗病基因研究進展

通過篩選“葫蘆頭”攜帶的抗白粉病基因Pm24（WTK3）誘變突變體庫，研究團隊篩選到多個感白粉病突變體，利用突變體進行RNA測序，鑒定出WTK3抗病通路的關鍵因子WTN1。

WTK3有兩個重要的“功能模塊”，第一模塊的作用是識別病原菌釋放的“攻擊信號”-效應蛋白。當WTK3感知到病原菌入侵，WTK3的第二個模塊啟動，銜接和激活WTN1，形成WTK3-WTN1“防御小分隊”。

▲圖2 WTN1（Wheat Tandem NBD 1）與串聯激酶WTK3協同賦予小麥白粉病的抗性

“防御小分隊”迅速被動員起來，形成高分子復合物，組裝成抗病小體，激活超敏反應和細胞程序化死亡（圖3、4），達到抗病的目的。

研究團隊還驚喜地發現WTK3不僅抗小麥白粉病，還能夠識別麥瘟病菌并觸發免疫反應。

▲圖3 WTK3和Rwt4識別效應蛋白PWT4激活WTN1引起細胞死亡

▲圖4 Rwt4/WTK3識別PWT4后，激活WTN1形成鈣離子通道

02

走向田間 助力育種

該項研究突破了植物免疫領域內對串聯激酶作用機制的認知，揭示了麥類作物串聯激酶抵御病原菌入侵的全新免疫機制，為作物廣譜多抗品種精準設計奠定了理論和應用基礎。

團隊經過多年的回交轉育和分子標記輔助選擇育種，已將Pm24（WTK3）基因導入到多個高產小麥底盤品種（圖5），創制的高產抗病新種質，已無償發放給國內多家單位進行抗病育種利用。

這些研究成果，有望解決我國小麥主產區缺乏廣譜抗白粉病基因資源問題，同時為防控麥瘟病提前建立潛在的遺傳屏障，為我國農業可持續發展和產業升級提供重要的理論和技術支持。

▲圖5 小麥抗病基因Pm24（WTK3）的高產抗病新種質

來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所

責任編輯：宋同舟