近日，烟台大学马朋涛教授团队以研究长文形式在Nature Communications上在线发表了题为“Pm37 as a susceptible Sr22 allele confers resistance to wheat powdery mildew and leaf rust”的论文。烟台大学为论文第一完成单位。

该研究历经近十年，完成了小麦广谱抗白粉病基因Pm37的精细定位与克隆，首次报道了NLR等位变异介导的小麦对白粉病和叶锈病的功能分化，为解析NLR基因家族的功能分化机制提供了依据，具有重要理论意义，同时也为利用基因编辑等技术人工改造NLR创制更多类型的抗性提供了序列模板，具有重要育种利用价值。

研究综合利用图位克隆及PacBio SMRT长读长基因组测序，从小麦种质NC99BGTAG11中克隆了Pm37。Pm37编码一种典型的CC-NBS-LRR类受体蛋白，引起细胞死亡诱导活性主要由其CC结构域介导。有趣的是，Pm37与小麦抗秆锈病基因Sr22互为感病等位变异，但在功能上却发生从白粉病抗性到秆锈病抗性的根本性分化，同时发现Pm37还对叶锈病表现出中等程度抗性。这种“等位基因抗不同病害”的现象在小麦NLR基因家族中极为罕见，具有重要理论研究与育种利用价值。

图1 Pm37的精细定位及候选区间分析△ 

图2 Pm37基因的聚类分析及对不同病害的抗性分化△ 

现代小麦是由一粒小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草等3种野生植物经过两次天然远缘杂交、两次染色体加倍，历经9000多年的自然选择和人工驯化而形成的复杂异源六倍体物种。我们发现，Pm37起源于古老的一粒小麦，经提莫菲维小麦做桥梁亲本渐渗到普通小麦基因组中，在普通小麦及其近缘种材料中分布频率极低，是一个尚未被广泛育种利用的珍稀变异。研究团队利用开发的功能标记Pm37-FM，对Pm37进行精准转育，已成功应用于多个小麦品种的抗病遗传改良，这些品系在保持高水平抗性的同时，尚未发现农艺及产量性状的连锁累赘，是一个不可多得的优秀抗病基因。

图3 系统基因组学分析揭示了Pm37基因的渐渗起源与进化轨迹△ 

烟台大学青年教师靳玉丽、湘湖实验室博士后李雯玲和烟台大学硕士生李尧雪为论文的共同第一作者。烟台大学马朋涛教授、湘湖实验室吴秋红研究员、山东省农业科学院作物研究所刘成研究员、江苏大学何华纲副教授为共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金、山东省小麦产业技术体系等项目的支持。

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