小麦锈病抗性基因编码不同寻常的蛋白质

研究人员已经克隆了小麦锈病抗性基因Lr9和Sr43和识别编码不同寻常的激酶融合蛋白[1][2]。他们的研究将使新选项在面包小麦抗病能力。

每年大约20%的全球小麦产量是输给了害虫和疾病,相当于3500粮食的船只。培育抗性品种是最经济和环保的方法来解决这一问题。

小麦的野生近缘作物改良的遗传多样性提供一个水库。的Lr9叶锈病抗性基因,例如,最初发现野生goatgrass (山羊草属umbellulata)。在1950年代先锋实验,欧内斯特·西尔斯博士成功地将一个小Lr9携带的一个山羊草属染色体变成面包小麦,证明可以稳定十字小染色体片段从遥远的野生亲缘。

近40%的抗性基因中发现面包小麦今天已经进入小麦野生亲戚在过去的60年。小麦品种携带Lr9被释放在1960年代末,Lr9在许多小麦种植面积仍是有效的。然而,这种类型的繁殖会导致co-introduction不宜版本的其他基因的野生亲戚,被称为“链接拖。”

KAUST研究员Yajun王用读测序的基因组序列Lr9包含面包小麦品种和Ae。umbellulata。比较两个基因组的允许这一历史性的完整重建易位。“我们发现,Lr9被引入小麦另外约536基因山羊草属umbellulata。此外,删除过程导致了小麦基因组的一个小片段包含87个基因,”王说。

类似于Lr9,茎锈病抗性基因Sr43来自野生高麦草(Thinopyrum elongatum)。

两个团队由西蒙Krattinger和Brande伍尔夫克隆Lr9和Sr43分别通过生成突变体和比较他们的父基因组序列。

现在可以使用“克隆的基因工程师面包小麦没有链接拖行。更重要的是,可以结合其他的基因克隆锈病抗性基因到基因栈来创建线与上级和更耐用的阻力,”国泰Yu说,首席研究员Sr43项目。

克隆Lr9,王为基础开发出了一种新方法叫做MutIsoSeq信使rna,而不是基因组DNA测序。它结合了读测序mRNA的野生型父母的线和短内容变异植物识别候选基因的信使rna序列。与其他基于DNA测序的基因克隆方法相比,MutIsoSeq允许更便宜、更快的因果基因的克隆,而乏味的基因映射,和方法可以很容易地应用于任何基本的分子生物学实验室。

的克隆Lr9和Sr43还透露,编码不同寻常的激酶融合蛋白的基因。小麦激酶最近成为一个杰出的新玩家参与抗病小麦和大麦。研究人员结合大规模突变分析和AlphaFold蛋白质建模解释功能。

“一个激酶是一种常见的酶,这种酶在许多细胞过程中扮演重要的角色在这两种植物和动物,包括在免疫力,”Krattinger说。

“病原体分泌蛋白质破坏宿主进程,颠覆主机和引起疾病。我们的研究表明这些蛋白质激酶的融合可以使主机能够更容易地探测到病原体和触发防御反应的存在,”他补充道。

的一个独特的特性Sr43基因是,它不提供良好的阻力在升高的温度下。

“克隆Sr43现在,我们可以开始解开其温度敏感性的分子机制。这可能让我们工程师一个耐热的版本会更好适应气候变化,“伍尔夫说。