小麦是世界上最重要的粮食作物之一。由条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）引起的小麦条锈病严重危害小麦的生产安全。种植抗病品种是以往防控病害最为传统的措施。然而，这一策略很容易被不断进化的病原体所克服。近年来，诸多研究表明负调控因子的突变或缺失能够产生更持久、广谱的自然抗性。因此，对负调控因子的鉴定可以为小麦抗性改良提供一种新的策略。

近日，西北农林科技大学植物免疫团队在The Crop Journal在线发表了题为“A small knottin-like peptide negatively regulates in wheat to stripe rust resistance during early infection of wheat”的研究论文，通过接种条锈菌后的表达模式鉴定出一个编码knottin-like小肽的基因TaBln4，利用病毒诱导的瞬时沉默及过表达技术系统验证了该基因的功能，为将来编辑该基因进行作物抗性改良提供重要的基因资源。

研究者发现TaBln4只在条锈菌毒性小种CYR31的诱导下特异性上调表达（图1），推测其可能参与了小麦的感病过程。在此基础上，利用病毒诱导的沉默技术发现沉默TaBln4可以减少条锈菌CYR31的产孢量及生物量（图2）。详细的组织学观察表明，条锈菌的生长发育受到了明显抑制，小麦的抗病性与对照相比显著提高。与此相吻合，过表达TaBln4则显著增加了小麦叶片上孢子数量及条锈菌的生物量。此外，TaBln4在烟草叶片中的表达能抑制Bax诱导的程序性细胞死亡（图3），而在小麦中沉默TaBln4则可显著增加H2O2的积累和超敏反应（HR）的形成。双分子荧光互补和pull-down实验表明，TaBLN4能够与钙调蛋白直接相互作用（图4），TaBln4很可能通过影响钙调蛋白或Ca2+信号途径参与负调节ROS及HR的产生来发挥负调控功能。该研究结果为通过基因编辑该基因实现持久抗病提供了一个新的靶点，并为作物抗病育种提供了一种新的思路。

图1 TaBln4特异性受条锈菌毒性小种CYR31的诱导表达

图2 病毒诱导的基因沉默验证TaBln4的功能

图3 TaBLN4可抑制Bax诱导的程序性细胞死亡

图4 TaBLN4与钙调蛋白的相互作用验证

作者和基金项目

西北农林科技大学植物保护学院2021级博士研究生郭双元为该文第一作者，康振生院士和张新梅副教授为通信作者。感谢植保学院冯浩教授，甘鹏飞博士、中国农业科学院作物科学研究所陈明研究员及旱区作物重点实验室赵华、袁凤平博士的帮助和支持。该研究得到国家重点研发计划（2021YFD1401000）、陕西省创新团队（2018TD-004）等项目资助。张新梅副教授研究小组主要以小麦为研究对象，聚焦小麦与条锈菌互作过程中参与抗病或感病的功能基因，利用多种分子生物学手段验证其功能并最终阐明其调控机理。该研究小组已在Plant Physiology、Plant Biology、Physiological and Molecular Plant Pathology、《植物病理学报》等学术期刊上发表了多篇高水平研究论文。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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