近日，江苏大学生命科学学院何华纲团队联合多家单位在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表题为“A kinase fusion protein from Aegilops longissima confers resistance to wheat powdery mildew”的研究论文，报道了来源于高大山羊草的小麦抗白粉病基因Pm13的克隆，并揭示了其生化功能和进化特性。江苏大学生命科学学院为第一完成单位，何华纲为第一作者兼通讯作者，合作单位中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究员为共同通讯作者，硕士研究生陈昭昭为共同第一作者，硕士研究生王甲乐、张倩渊参加了部分工作。
白粉病是对我国小麦粮食安全构成重大威胁的一种重要病害。为了提升小麦品种抵抗白粉病的能力，挖掘并克隆抗白粉病基因成为当前小麦抗病育种的关键任务之一。高大山羊草作为小麦的一个野生近缘物种，其与小麦的远缘杂交后代携带了抗白粉病基因Pm13，该基因对多种地域的白粉菌株表现出良好的抗性。然而，基因交换抑制现象妨碍了Pm13的克隆及其在育种中的应用。
本研究通过使用60Co-γ射线对携带Pm13的易位系No.3778进行辐照处理，培育出了10个对白粉病敏感的染色体缺失系，并运用分子标记技术将Pm13精确定位于0.74 Mb的物理区域内。随后，通过对野生型和EMS诱导的敏感突变体进行转录组测序分析，鉴定出一个新颖的融合激酶蛋白基因MLKL-K作为候选基因。基因枪介导的瞬时表达和农杆菌介导的转基因分析进一步证实了MLKL-K即为目标基因Pm13，并且能够赋予小麦高效抵抗白粉病的能力。
Pm13编码了一种独特的激酶融合蛋白，该蛋白包含一个位于N端的混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL_NTD）结构域以及一个位于C端的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域，二者之间通过一段含有三个α螺旋的衔接序列（Brace）连接。研究表明，仅当激酶结构域122-476与Brace片段融合时，才能在烟草叶片和小麦叶片原生质体中诱导细胞死亡；而全长蛋白及单独的结构域/区段则不具备此功能。这提示Pm13介导的抗白粉病机制依赖于激酶结构域的功能性和与其相邻的Brace区域的三个α螺旋，而在无病原体的情况下，激酶融合蛋白处于失活的自我抑制状态。
进一步的研究发现，含MLKL_NTD结构域的蛋白在植物界普遍存在，特别是在禾本科植物中呈现出显著的多样性。MLKL_K是一种较新的基因融合产物，已成为小麦家族中含MLKL_NTD结构域蛋白的主要形式。
综上所述，这项研究不仅成功克隆了来自高大山羊草的广谱抗白粉病基因Pm13，还揭示了其所编码的激酶融合蛋白的独特生化功能与进化特征，为Pm13在小麦抗白粉病育种中的应用铺平了道路，并为进一步探索Pm13介导的抗白粉病机制提供了基础。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。