近日，生命科學學院何華綱團隊聯合多家單位在《自然·通訊》（Nature Communications）上發表題為“A kinase fusion protein from Aegilops longissima confers resistance to wheat powdery mildew”的研究論文，報道了來源于高大山羊草的小麥抗白粉病基因Pm13的克隆，并揭示了其生化功能和進化特性。江蘇大學生命科學學院為第一完成單位，何華綱為第一作者兼通訊作者，合作單位中國科學院分子植物科學卓越創新中心王亞軍研究員為共同通訊作者，碩士研究生陳昭昭為共同第一作者，碩士研究生王甲樂、張倩淵參加了部分工作。
白粉病是威脅我國小麥糧食安全的重要病害之一，挖掘和克隆抗白粉病基因進而提高小麥品種的抗白粉病能力是當前小麥抗病育種的重要任務。高大山羊草是小麥的一個野生物種，兩者的遠緣雜交后代中攜帶了抗白粉病基因Pm13，它對不同地區的白粉菌菌株具有良好抗性，然而交換抑制阻礙了該基因的克隆和育種利用。
該研究利用60Co-γ射線對攜帶Pm13的易位系No.3778進行輻照，創制了10個感白粉病的染色體缺失系，借助分子標記將Pm13定位到0.74 Mb的物理區間。接著對野生型材料和EMS誘導的感病突變體進行轉錄組測序分析，將一個新型融合激酶蛋白基因MLKL-K鑒定為候選基因，隨后進行基因槍介導的瞬時表達分析和農桿菌介導的轉基因分析，證實MLKL-K就是目的基因Pm13，對小麥提供了高效的白粉病抗性。
Pm13編碼的激酶融合蛋白具有特殊的結構，在N端含有一個混合譜系激酶結構域樣蛋白（MLKL_NTD）結構域，在C端含有一個絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域，兩者中間有一段含3個α螺旋的銜接序列（Brace）。煙草葉片和小麥葉片原生質體瞬時表達分析發現，融合片段Brace-Kinase122 -476能夠誘導細胞死亡，而全長蛋白和單獨的結構域/區段（MLKL_NTD、Brace和Kinase）都不能誘導細胞死亡。該結果表明，Pm13介導的白粉病抗性依賴于功能性的激酶結構域和鄰近激酶結構域的Brace區域的3個α螺旋，但在沒有病原菌的情況下，激酶融合蛋白處于失活的自抑制狀態。在動物和擬南芥中，MLKL蛋白是假激酶，細胞死亡活性由MLKL_NTD結構域或MLKL-Brace融合片段介導，與之相比，Pm13編碼的MLKL-K是真激酶，其生化功能具有獨特性。
調查發現，含MLKL_NTD結構域的蛋白質在植物界廣泛存在。在禾本科植物中，含MLKL_NTD結構域的蛋白質呈現明顯的多樣性，MLKL_NTD結構域可能以單個或兩個串聯的方式存在，也可能與STK、WD40、BRX、NLR等融合形成新的蛋白質。MLKL-K來源于較新的基因融合事件，已擴展為小麥族中含MLKL_NTD結構域的蛋白質的主要類型。
總結而言，這項研究成功克隆了來源于高大山羊草的廣譜抗白粉病基因Pm13，并揭示了其編碼的激酶融合蛋白的生化功能和進化特性，有助于促進Pm13在小麥抗白粉病育種中的應用，也為進一步解析Pm13介導的白粉病抗性的分子機理奠定了基礎。
該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。（生命科學學院）
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