作物抗旱节水研究及应用创新团队王逍冬教授与河南农业大学、宁波大学合作，在植物学国际权威期刊Journal of Experimental Botany在线发表了题为“Mapping of Quantitative Trait Loci for Leaf Rust Resistance in the Wheat Population Xinmai 26 x Zhoumai 22”的研究文章。该研究鉴定获得了新的小麦成株期抗叶锈病QTL位点，为解析NLR类抗病基因的调控机制提供了新的思路。
由叶锈菌Puccinia triticina (Pt)引起的小麦叶锈病是一种重要真菌病害，严重威胁全球小麦生产安全。利用抗叶锈病QTL和基因培育抗病品种是防治小麦叶锈病最经济安全有效的措施。目前，已有80个正式命名的基因和超过200个抗叶锈病QTL被报道，但仅有8个基因被克隆，其中5个基因编码NLR类蛋白。NLR类蛋白是植物体内一类重要的抗病蛋白，在感知到效应子后有多种激活和信号转导机制。随着全球气候变暖和叶锈菌毒性小种的变异，未来叶锈病可能会造成更严重的影响。因此挖掘抗叶锈病QTL，克隆抗叶锈病基因以及探究抗性基因的调控机制，对抗病品种的培育和防治该病害发生具有重要价值。作者利用由新麦26和周麦22杂交构建的F7高代RIL群体进行QTL定位，基于小麦15K SNP芯片和三年表型数据，共定位到4个重要的叶锈病成株抗性QTL：QLr.hnau-2BS（140.78-157.97 Mb）和QLr.hnau-3BS（66.42-70.87 Mb）来源于周麦22，QLr.hnau-2DS（5.91-11.40 Mb） 和QLr.hnau-5AL（484.10-536.58 Mb）来源于新麦26。其中在三年稳定检测到的主效QTL位点 QLr.hnau-2BS和QLr.hnau-2DS分别解释了8.25%-18.15%和9.40%-18.14%的表型变异。另外两个微效位点QLr.hnau-3BS和QLr.hnau-5AL分别解释了3.79%-9.40%和5.94%-6.42%的表型变异。利用侧翼标记估计4个QTL效应，其中QLr.hnau-2BS的效应最大，能够使MDS降低12.91%-23.72%。
R基因是植物体内重要的抗病基因，基于中国春数据库中的基因注释，从4个QTL所在区间一共筛选出110个R基因作为候选基因。为了验证这些筛选的基因是否与叶锈病抗性相关，利用本实验室构建的自然群体，对110个R基因进行测序，将获得变异位点添加到小麦660K SNP芯片，并利用多年多点的表型数据进行GWAS分析。一共检测到108个显著的变异位点，包含9个R基因，其中3个编码NLR类蛋白基因在所有环境中均被检测到。为进一步筛选可能的候选基因，分别在新麦26和周麦22接菌后不同时间段检测三个NLR类基因的表达量。荧光定量结果表明，周麦22中的TaCN和Lr13能够受Pt诱导表达。随后在新麦26和周麦22中对这两个基因进行克隆。测序结果显示，在TaCN的215 bp处有一个单碱基G缺失，导致周麦22中的TaCN翻译提前终止，并将该类型命名为TaCN-R，而新麦26中正常翻译的TaCN命名为TaCN-S；Lr13在新麦26和周麦22中存在72处变异。为了验证Lr13的抗叶锈病功能，构建了超表达载体并遗传转化高感叶锈病小麦品种Fielder。4个转基因阳性植株的T2家系在成株期均表现出更高抗性，说明Lr13正向调控叶锈病抗性。
根据前人研究，不同的NLR类蛋白之间可通过相互作用共同参与抗病过程，猜测TaCN是否也参与了Lr13调控的叶锈病抗性。为了验证Lr13与TaCN （TaCN-R 和TaCN-S）之间的关系，进行了LUC、pull-down、Co-IP和BiFC实验，结果显示Lr13与TaCN-R之间存在强烈互作，但与TaCN-S之间没有互作关系。亚细胞定位结果显示，Lr13定位在细胞核，TaCN-R和TaCN-S分别定位在细胞核和细胞膜。而BiFC结果显示Lr13与TaCN-R共表达后只能观测到膜信号，说明共表达TaCN-R可能改变Lr13的亚细胞定位。LUC试验也表明TaCN-R与Lr13能够通过CC结构域相互作用。这些结果说明TaCN-R可能通过与Lr13互作调控叶锈病抗性。
河南农业大学侯玮秀博士和宁波大学植物病毒研究所逯麒森博士为论文的共同第一作者，省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室王逍冬教授为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省重大科技计划、省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室开放课题等项目资助。
