小麦白粉病是严重威胁我国粮食安全的重要病害。提高小麦的白粉病抗性，尤其是广谱抗性，是当前小麦抗病育种领域的重要任务和挑战。野生二粒小麦(Triticum dicoccoides, AABB)是普通小麦的野生祖先种，经历了长期复杂的环境演变，积累了丰富的遗传多样性，是现代小麦抗病遗传改良的宝贵资源。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员与赵玉胜研究员团队合作在Nature Communications上发表了题为“A membrane associated tandem kinase from wild emmer wheat confers broad-spectrum resistance to powdery mildew”的研究论文，图位克隆了野生二粒小麦来源的抗白粉病基因Pm36，其编码一个新型的具有跨膜结构域的串联激酶抗病蛋白WTK7-TM，对目前已知的所有小麦白粉菌表现高抗至免疫，是一个具有重大应用价值的广谱抗病新基因。

该研究采用图位克隆、PacBio长读长基因组重测序、突变体和转基因功能验证等研究，成功克隆到广谱抗白粉病基因Pm36，其编码一个新型的具有跨膜结构域的串联激酶（WTK7-TM）蛋白。白粉菌多小种鉴定发现WTK7-TM对我国不同生态区的所有测试的104个白粉菌生理小种均表现免疫或高抗。研究发现Pm36位点存在明显的基因组扩张和新基因产生现象。EMS突变体实验发现WTK7-TM的两个激酶结构域和跨膜结构域对于抗病功能均是至关重要。体外磷酸化实验初步证实串联激酶WTK7-TM的两个激酶结构域对于自磷酸化和底物磷酸化的能力都是必需的。进化分析显示，两个激酶结构域可能是通过Duplication形式产生，属于serine/threonine (S/T) non arginine aspartate (non-RD)类型激酶。亚细胞定位发现串联激酶WTK7-TM定位于细胞质膜。基因溯源分析发现Pm36基因稀有的分布在野生二粒小麦的南部居群，没有参与到小麦的进化过程，在现代小麦基因库中是缺失的。采用分子设计育种将Pm36基因导入到我国小麦主产区主栽品种创制出既高产又抗病的小麦新种质ZKPm36，为培育广谱抗白粉病小麦新品种提供了重要的基因资源和理论基础。

该论文于2024年4月10日在线发表在Nature Communications(DOI:10.1038/s41467-024-47497-w)。遗传发育所副研究员李淼淼、博士后张怀志、肖惠鑫和朱科宇及湖北省农业科学院植保土肥研究所副研究员史文琦为本文共同第一作者。遗传发育所刘志勇研究员、赵玉胜研究员和董玲丽副研究员为本文共同通讯作者。湖北省农业科学院植保土肥研究所喻大昭研究员、以色列法大学Eviatar Nevo和Tzion Fahima教授、中国农业科学院作物科学研究所李洪杰研究员等参与了该研究。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北省重点研发计划、海南省崖州湾种子实验室“揭榜挂帅”等项目资助。

图：小麦广谱抗白粉病基因Pm36图位克隆