小麦叶锈病是由叶锈菌（Puccinia triticina）侵染引起的真菌性病害，在流行年份严重危害小麦生产安全。长期以来，优良抗病基因匮乏、抗病分子机制认识不足，大大限制着抗病种质资源的创新。近日，我室王冬梅教授团队在Plant Physiology（中科院一区Top，IF=6.5）和The Plant Journal（中科院一区Top，IF=6.2）发表研究论文，初步揭示了小麦与叶锈菌互作过程中钙-过氧化氢信号的传导机制，发掘了钙信号下游的重要抗病分子模块，为深入理解钙信号转导机制提供了理论支持，为小麦抗锈病研究提供了新见解，并有助于培育抗叶锈病新种质。
已有研究工作证实，钙信号及其下游的过氧化氢在小麦抵御叶锈菌侵染中发挥重要调控作用，但钙信号和过氧化氢间的信号转导机制尚不明确。在Plant Physiology发表的题为“TaCAMTA4 negatively regulates H2O2-dependent wheat leaf rust resistance by activating catalase 1 expression”的研究论文基于前期工作基础，鉴定出在小麦-叶锈菌亲和互作中表现高表达的转录因子钙调素激活转录激活因子4（TaCAMTA4）及其下游的过氧化氢酶1（TaCAT1）基因，并初步揭示了其调控机制。
前期工作已发现TaCAMTA4具有结合TaCaM4-1的能力。本研究通过创制病毒介导的基因沉默、超表达等植物材料，明确了该转录因子具有负调控小麦抗叶锈性的功能。CAMTA家族是与钙调素协同工作的信号枢纽，本研究通过DAB染色，进一步确认了TaCAMTA4是叶锈菌侵染小麦过程中诱发过氧化氢局部积累的负调控因子。
之后通过TF-centered Y1H试验筛选出四种可在酵母中与TaCAMTA4结合的DNA序列，分析在启动子区域含有TaCAMTA4结合序列的小麦基因，并利用NGS分析确证了TaCAMTA4基因沉默对这些基因表达的影响，最终筛选出过氧化氢酶1（TaCAT1）基因。结合EMSA、ChIP-qPCR实验验证了TaCAMTA4与TaCAT1启动子间的结合，并辅以超表达、病毒诱导的基因沉默等手段，明确了TaCAMTA4是TaCAT1表达的正调节因子，以及TaCAT1对过氧化氢积累的负调控作用。综上所述，本研究表明Pt通过诱导TaCAMTA4-TaCAT1模块的表达来抑制小麦产生抗性。
王冬梅教授团队青年教师孙天杰、麻楠，硕士研究生焦园园为该论文的共同第一作者，王冬梅教授和王荣纳副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31871548、32372047）和华北作物改良与调控国家重点实验室自主研究课题项目（NCCIR2023ZZ-4）等课题的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/10.1093/plphys/kiae443
小麦重要抗叶锈病基因Lr26可赋予寄主对特定的叶锈菌生理小种高抗病性，其介导的抗病反应在细胞学水平上主要表现为超敏反应-程序性细胞死亡（HR-PCD）的发生，并高度依赖于钙信号的作用。在The Plant Journal发表的题为“Translationally controlled tumor protein interacts with TaCIPK23 to positively regulate wheat resistance to Puccinia triticina”的研究论文鉴定到钙信号下游重要抗病分子模块并探究了其作用机制。
本研究从与钙信号相关的转录组数据入手，筛选并鉴定出在不亲和（抗病）组合中受钙离子影响而高表达的分子——翻译控制肿瘤蛋白（TaTCTP），通过创制病毒介导的基因沉默、RNAi、超表达等材料，证实其在小麦抵抗叶锈菌侵染过程中发挥正向调节作用，并与HR-PCD的发生密切相关。
通过串联亲和纯化-液相色谱-质谱联用方法，筛选出一系列TaTCTP的互作蛋白，其中类钙调磷酸酶B互作蛋白激酶23（TaCIPK23）是公认的钙信号解码器家族成员。进一步研究发现，TaTCTP与TaCIPK23存在物理互作关系，其第17位丝氨酸残基和第73位苏氨酸残基受到TaCIPK23模拟激活型突变体（T184D）的磷酸化修饰，修饰后的TaTCTP能够诱导本生烟草叶片发生类HR现象。TaCIPK23又被进一步证实参与正调控小麦抵御叶锈菌侵染的过程。综上所述，本研究证实了TaCIPK23-TaTCTP模块通过TaCIPK23（T184D）对TaTCTP的磷酸化修饰实现了正向调控小麦的抗叶锈性，为进一步深入研究小麦与叶锈菌互作过程中的钙信号转导机制奠定了基础。
王冬梅教授团队青年教师麻楠、孙天杰、刘刚为该论文的共同第一作者，王冬梅教授和侯春燕教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31171472、31871548、32372047）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.16987
