普通小麥是異源六倍體，經(jīng)歷了兩次多倍化和馴化后其遺傳多樣性與野生種相比大幅降低，優(yōu)異基因及其等位基因遺傳基礎(chǔ)極其狹窄，限制了現(xiàn)代小麥育種中諸多性狀的遺傳改良。尋找小麥基因發(fā)掘新方法和提高遺傳多樣性的新途徑，對于小麥遺傳改良具有重要意義。普通小麥基因組含有A、B和D三個亞基因組，含有大量的轉(zhuǎn)座子序列，基因組中存在大量由于轉(zhuǎn)座子插入、表觀修飾等原因?qū)е碌墓δ芑蚴Щ顔适Чδ?，成為隱匿或沉默的基因。通過現(xiàn)代基因工程手段人工重新激活這類隱匿的基因，使其發(fā)揮功能，將豐富小麥基因資源庫，對于培育高產(chǎn)多抗優(yōu)質(zhì)廣適新品種具有重要意義。

 

　　近日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所植物細胞與染色體工程國家重點實驗室劉志勇團隊和趙玉勝團隊，在Plant Biotechnology Journal（DOI：10.1111/pbi.13903）上，發(fā)表了題為Provoking a silent R gene in wheat genome confers resistance to powdery mildew的研究論文，報道了利用基因工程手段對小麥基因組中一個被轉(zhuǎn)座子插入而沉默的抗病基因序列進行遺傳操作，激活其在感病小麥品種中的表達，重新賦予其抗白粉病功能，為發(fā)掘利用小麥基因組中大量被沉默和從未被育種利用的優(yōu)異基因，增加小麥遺傳多樣性提出了全新的思路。

 

　　研究團隊前期首次從四倍體野生二粒小麥中克隆到小麥抗白粉病基因Pm41。該基因?qū)ξ覈煌匀簧鷳B(tài)區(qū)超過80%的白粉菌生理小種表現(xiàn)免疫或高抗，是具有育種應(yīng)用價值的優(yōu)異抗病基因資源。單倍型分析顯示，Pm41在野生二粒小麥群體中包含至少7種不同單倍型（Hap1-7），而在硬粒小麥和普通小麥僅存在3種單倍型（Hap2、3和7），顯示該位點存在明顯的遺傳瓶頸。基因序列和表達分析發(fā)現(xiàn)，Hap2（Pm41b）和Hap4-7單倍型在基因啟動子和UTR區(qū)存在轉(zhuǎn)座子插入導(dǎo)致基因失活不表達。其中Pm41b具有完整的潛在編碼框，且在硬粒小麥和普通小麥中基因分布頻率高達90%。那么，沉默的Pm41b是否具有抗白粉病功能？研究采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在小麥中互補和過表達Pm41b基因發(fā)現(xiàn)其對小麥白粉病表現(xiàn)出免疫或高抗，說明重新激活沉默的Pm41b基因賦予其抗白粉病功能。此外，未發(fā)現(xiàn)激活這類沉默的基因?qū)Ω弋a(chǎn)品種主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量有不良影響，表明其可應(yīng)用于小麥新品種的分子設(shè)計。

 

　　該研究為抵抗小麥白粉病提供了新的可應(yīng)用基因資源，并展示了發(fā)掘作物基因組中隱匿的優(yōu)異功能基因進行高產(chǎn)抗病設(shè)計育種的全新策略和潛力。研究工作得到國家自然科學基金、海南崖州種子實驗室、中科院、植物細胞與染色體工程國家重點實驗室的支持。