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条锈菌是麦类作物中常见一种丝状真菌病原体，是造成全球粮食作物产量持续下降的重要生物因子之一。有趣的是，尽管小麦和大麦均会受到条锈菌的危害，但是小麦条锈菌Pst （ P. striiformis f. sp. tritici ）和大麦条锈菌Psh（ P. striiformis f. sp. hordei ）分别对小麦和大麦具有宿主特异性【1】。已有的研究表明，宿主特异性受到抗性基因的影响【2】，但是由于这些基因在不同种质中的复杂性和多样性，它们的特性以及对植物育种的影响尚不清楚。
近日，英国The Sainsbury Laboratory Matthew J. Moscou 团队在 Nature Communications 发表了题为 The barley immune receptor Mla recognizes multiple pathogens and contributes to host range dynamics 的研究论文，该研究通过研究一组具有代表性的大麦种质对非适应性病原体（小麦条锈菌）的反应，发现了影响大麦宿主特异性的潜在基因组Rps6、Rps7和Rps8，并进一步揭示了Rps7（定位到Mildew locus a，MLA) 在条锈菌对大麦宿主特异性中的关键作用。
该研究首先对包括76个品种，20个地方品种和27个野生大麦种质资源对小麦条锈病的抗性筛选，发现栽培和地方品种大麦对小麦条锈病具有高度抗性而野生种质易感，并且在野生种质中具有表型多样性。在此基础上，研究人员通过对高抗型大麦品种 Golden Promise和易感型大麦品种SusPtrit构建的双单倍体 (DH)群体接种Pst分离株 08/21，并进行表型和连锁分析，结果发现染色体 1H、4H 和 7H 三个位点与抗性相关，其中染色体7H基因座并定位与先前报道的Pst抗性基因座Rps6，而染色体1H和4H基因座则与大麦*粉白**病抗性基因座Mla (1H)和mlo (4H)基因座临近，并分别命名为Rps7（Reaction to Puccinia striiformis 7）和Rps8。此外，该研究发现，Rps6、Rps7和Rps8基因座解释了Pst侵染的大部分表型变异，三个基因座的缺失会导致Pst侵染并且具有所有三个单个基因座的DH系表现出与Golden Promise一致的高抗表型，表明Rps6、Rps7和Rps8是Golden Promise大麦对小麦条锈病抗性的基础。
Three loci underpin resistance to wheat stripe rust ( P. striiformis f. sp. tritici ) isolate 08/21 in Golden Promise
研究人员在其他大麦种群中调查发现，Rps6、Rps7和Rps8存在于不同的大麦种质中，但是Rps7解释了更多的表型变异，并且在野生大麦种质中的频率较低。基于高分辨率重组筛选，该研究证实了Rps7与Mla耦合，因此假设Mla基因座具有抗大麦*粉白**病和小麦条锈病的双重功能。进一步，研究人员用小麦条锈菌分离株 16/035侵染Mla1、Mla6和Mla8的转基因株系，结果仅在携带Mla8 的转基因株系 （而非Mla1和Mla6）中观察到对小麦条锈病的抗性。同样，携带Mla8单拷贝插入片段的转基因家族对小麦条锈病分离株 08/21 和 15/151的抗性也显著提高。然而，Mla8转基因株系对大麦条锈病分离株的抗性与对照相似。此外，该研究发现Mla1和Mla8相似性高达97.4%，序列变异仅存于LRR 编码区，表明大麦对大麦*粉白**病和小麦条锈病的等位基因特异性是由这个 522 bp 区域决定的。
Mla8 confers resistance to P. striiformis f. sp. tritici isolates 08/21 and 15/151, but not P. striiformis f. sp. hordei isolate B01/2
综上所述，该研究鉴定了决定大麦对小麦条锈病宿主特异性的关键因子Mla （Rps7），并发现共享的遗传结构是对大麦*粉白**病和小麦条锈病双重抗性的基础。该研究结果对未来麦类作物抗病育种具有重要的指导意义。
参考文献
【1】Niks, R. E., Alemu, S. K., Marcel, T. C. & van Heyzen, S. Mapping genes in barley for resistance to Puccinia coronata from couch grass and to P. striiformis from brome, wheat and barley. Euphytica 206, 487–499 (2015)
【2】Dracatos, P. M., Haghdoust, R., Singh, D. & Park, R. F. Exploring and exploiting the boundaries of host specificity using the cereal rust and mildew models. N. Phytol. 218, 453–462 (2018)
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27288-3
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