中国科学家解析麦类作物抵御病原菌入侵免疫新机制
串联激酶是近年来在小麦和大麦中发现的一类新型抗病蛋白。近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物免疫团队和合作者在《科学》（Science）杂志上发表研究论文，揭示了串联激酶抵御病原菌入侵的全新免疫机制，可使多种小麦表现出对真菌病害的抗性。该项工作填补了植物串联激酶免疫调控途径的空白，为培育广谱、多抗的小麦新品种奠定了理论和应用基础。
串联激酶由两个或多个激酶结构域串联而成，分别表现出对条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病、麦瘟病和黑粉病的抗性，具有重要的育种价值。前期，中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员领导的植物免疫团队从中国小麦地方品种“葫芦头”和野生二粒小麦中分别克隆到编码新型串联激酶的广谱抗白粉病基因Pm24和Pm36。
通过筛选抗白粉病基因Pm24（WTK3）的诱变感病突变体，研究团队鉴定到一个串联激酶WTK3抗病通路的关键因子WTN1，它是与WTK3紧密连锁的非典型NLR蛋白。遗传学分析结果表明，WTN1的存在是WTK3免疫小麦白粉病的关键，WTN1与WTK3通过感受器—编码器的协同作用，识别病原菌的效应蛋白，从而激发免疫反应。这一发现突破了领域内对串联激酶作用机制的认识，发现了串联激酶与传统NLR协同抗病新范式。
令人惊喜的是，WTK3不仅抗小麦白粉病，还具有潜在的抗麦瘟病能力。研究团队通过植物免疫学、生化实验、电生理实验和进化分析等多种方法，发现小麦中的WTK3和WTN1基因在进化过程中形成了紧密的合作关系，共同帮助小麦抵抗病原菌的入侵。
具体来说，WTK3有两个重要的“功能模块”，第一模块是识别病原菌释放的“攻击信号”—效应蛋白；第二个模块像一个“防御小分队”，当植株感知到病原菌入侵后，WTK3-WTN1复合物迅速被激活，形成离子通道促进钙离子内流，激活超敏反应和细胞程序化死亡，从而达到抗病的目的。
课题组经过多年的回交转育，已将Pm24基因导入到多个高产小麦底盘品种，创制的抗病新种质已无偿发放给国内多家单位进行抗病育种利用。这些研究成果有望解决我国小麦主产区缺乏广谱抗白粉病基因资源的问题，同时为防控麦瘟病提前建立潜在的遗传屏障，为我国农业可持续发展和产业升级提供重要的理论和技术支持。
该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
原标题：中国科学家解析麦类作物抵御病原菌入侵免疫新机制