2023年4月27日，北京大学现代农业研究院陈时盛课题组与合作者在Theoretical and Applied Genetics杂志在线发表了题为“High-resolution mapping of SrTm4, a recessive resistance gene to wheat stem rust ” （https://doi.org/10.1007/s00122-023-04369-z）的研究论文。该研究工作成功的将二倍体一粒小麦（Triticum monococcum）隐性抗秆锈病基因SrTm4精细定位到2AmL染色体754kb区域，并鉴定出潜在的候选基因。

由小麦秆锈病菌引起的小麦秆（黑）锈病对全球小麦生产造成严重威胁的真菌病害之一。其中Ug99及其变体对多个农业生产上使用的秆锈病抗性基因具有毒性。因此，迫切需要鉴定和分离新的有效Sr基因。2015年Briggs等人在一粒小麦Triticum monococcum中鉴定到一个隐性秆锈病抗性基因SrTm4。

本研究利用PI 272557 × PI 306540的分离群体，筛选获得SrTm4的单基因系（排除背景中Sr21、Sr60、Sr22b），证明单基因系对中国和美国的菌种都具有中等抗性（图1A）。利用来自于群体G3116 × PI 306540的4761个F2单株及关键重组家系构建了SrTm4高密度遗传图谱，将SrTm4定位于CS4211与130K1519标记之间，遗传距离约0.06-cM，对应中国春参考基因组v2.1中762.67-763.67 Mb约1Mb的区域（图1B）。

图1 SrTm4的表型及精细定位图谱

随后，利用感病材料DV92和抗病亲本PI 306540的BAC文库构建了SrTm4候选区间的物理图谱，抗病亲本754-kb的物理图谱与感病的DV92和中国春v2.1基因组进行序列比较，发现PI 306540中存在一个特有的593-kb的染色体倒位（图2A）。我们确定了倒位的断点并开发了显性标记用于特异性鉴定该倒位事件。目前，Triticum monococcum中鉴定到10份材料存在同样的染色体倒位，这些材料都表现出与SrTm4基因相似的抗性表型（图2B），证明倒位事件与SrTm4密切相关。此外，本研究开展了候选区间内基因的转录水平和多态性分析，寻找潜在的候选基因，并在抗病亲本中发现倒位事件造成一个L型凝集素类受体蛋白激酶基因LLK1断裂成两部分而丧失功能，而在其它感病材料中该基因都是完整结构基因，因此LLK1是一个潜在的候选基因。

图2 SrTm4候选区间倒位事件、材料表型及分布

作者及单位

北京大学现代农业研究院为论文第一单位，陈时盛实验室李洪娜和罗静为论文的共同第一作者，北京大学现代农业研究院陈时盛研究员和美国加州大学戴维斯分校Jorge Dubcovsky教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了山东省泰山学者计划、山东省自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。