一个研究小组发现了小麦抗病的两种新型遗传机制，为增强小麦对白粉病和条锈病的抵御能力带来了新希望，相关研究成果接连发表于《自然遗传学》杂志。

该研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇教授领导。研究显示，来自野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)的白粉病抗性基因座MlIW170(也称为Pm26)和条锈病抗性基因座YrTD121，并非由单个基因控制，而是由编码核苷酸结合富亮氨酸重复序列(NLR)免疫受体的基因对控制。这些基因对代表了植物免疫中的非典型结构，为作物抗病机制的进化和功能提供了新见解。

在白粉病研究方面，研究人员借助基于图位的克隆和PacBio HiFi长读测序技术，识别出一对遗传连锁的NLR基因——TdCNL1和TdCNL5，它们负责Pm26基因座赋予的抗性。其中，TdCNL1编码一种具有新型钾依赖性钠钙交换器(NCKX)整合结构域的NLR蛋白，TdCNL5则编码一种典型的卷曲螺旋NLR(CNL)。功能分析，包括诱变和病毒诱导的基因沉默实验证实，这两个基因对抗病性至关重要。表达两个基因(或仅表达TdCNL1)的转基因小麦品系表现出抗病性，而仅表达TdCNL5的品系依然易感。

在条锈病研究中，研究团队鉴定出一对以头对头为导向的基因对——TdNLR1和TdNLR2，它们是YrTD121抗病基因座的基础。TdNLR1编码一个典型的NLR蛋白，TdNLR2则缺乏典型的卷曲螺旋结构域。尽管这两个基因在结构上有差异，但诱变、基因沉默、CRISPR编辑和转基因实验均证明，它们对于抵抗力不可或缺。有趣的是，这两个基因均不包含整合的效应识别结构域，表明它们之间存在一种独特的、此前未表征的NLR结构。此外，TdNLR1的卷曲螺旋结构域能在植物体内自结合并引发细胞死亡，这是免疫激活的标志。

野生二粒小麦是现代面包小麦的祖先，在长期适应复杂环境过程中积累了丰富的遗传变异。然而，野生二粒小麦的MlIW170/Pm26和YrTD121基因座仅存在于少数野生二粒小麦种群中，并非面包小麦驯化或进化的一部分。

研究人员通过将野生二粒小麦与高产面包小麦品种杂交，并开展标记辅助选择的连续回交，成功开发出具有MlIW170/Pm26和YrTD121的高产抗病种质。

此次研究成果为培育广谱、多抗小麦品种提供了重要的抗病基因资源和理论依据，有望推动小麦抗病育种工作取得新进展，保障小麦生产的稳定与安全。

更多信息： Keyu Zhu 等人，野生二粒小麦中非典型 NLR 对 TdCNL1/TdCNL5 赋予小麦白粉病抗性，《自然遗传学》 (2025)。