全球小麦生产受到小麦条锈病及白粉病的严重威胁，发掘和利用条锈病及白粉病抗性（Yr/Pm）基因为病害防控提供了一种经济高效且环境友好的途径。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军研究员团队与合作者先后在Plant Communications和Nature Communications杂志发表研究论文，两篇论文分别克隆了小麦条锈病抗性基因Yr6和白粉病抗性基因Pm68，并解析了其抗病分子机制。值得注意的是，Yr6和Pm68的抗性均由NLR pair控制，预示着NLR pair在小麦抗病中的重要作用。

研究团队与合作者在Plant Communications发表的题为“Genome-based mutant RNA mapping（GMRM）identifies an NLR pair underlying Yr6-mediated stripe rust resistance in wheat”的研究工作开发了一种以contig组装水平基因组为参考，通过分析多个EMS突变体二代转录组数据快速克隆控制目标性状基因的新方法GMRM（开源代码：https://github.com/Dentalium/Rapid-cloning-of-Yr6）。利用这一方法，团队成功从加拿大普通小麦品种CDC_Stanley中克隆了抗小麦条锈病基因Yr6。Yr6是由一对头对头排列的Yr6NLR1和Yr6NLR2共同控制。AlphaFold 3蛋白质结构预测显示Yr6NLR1和Yr6NLR2之间存在直接相互作用，后续团队进一步通过小麦原生质体的免疫共沉淀（Co-IP）、本氏烟叶片的荧光素酶互补（SFLC）以及双分子荧光互补（BiFC）实验验证了Yr6NLR1和Yr6NLR2蛋白之间直接相互作用（图1）。

在小麦抗白粉病的研究工作中，研究团队与合作者通过结合双亲群体图位克隆、自然群体的关联分析和三代基因组测序技术手段，从希腊四倍体硬粒小麦TRI1796中克隆了小麦白粉病抗病位点Pm68，它也是由两个NLR基因，Pm68-1和Pm68-2共同控制。转基因互补实验显示，Pm68-1和Pm68-2单基因转化小麦材料不能互补Pm68的抗性，而通过杂交的手段将Pm68-1和Pm68-2聚合在一起，则可以完全互补Pm68的抗性。Pm68-1编码一个典型的NLR蛋白，其包含一个N端CC结构域、一个中央NBS结构域和一个C端LRR结构域，而Pm68-2编码的则是一个非典型CC结构域的NLR蛋白。AlphaFold 3预测结果显示，Pm68-2具有一个类似于典型CC结构域的四α螺旋束结构，将其命名为CC样（CC_l）结构域。在烟草叶片中瞬时过表达实验显示，单独表达Pm68-1或Pm68-2均不能诱导细胞死亡，而共表达两种全长蛋白则能够引发细胞死亡。在两个NLR中引入自激活突变位点（MHD基序中进行天冬氨酸D到缬氨酸V的替换），发现Pm68-1_D505V激发了显著的细胞死亡，Pm68-2_D545V仍不能引起细胞死亡。在NBS结构域的p-loop中引入蛋白失活突变位点后，Pm68-1_K210R/D505V丧失了诱导细胞死亡的能力，而单独表达Pm68-1_K210R或共表达Pm68-1_K210R和Pm68-2均未触发细胞死亡。相比之下，共表达Pm68-1和Pm68-2_K255R仍可观察到的细胞死亡（图2）。进一步的生化实验也显示Pm68-1和Pm68-2之间存在直接相互作用。以上结果表明 Pm68-1和Pm68-2可能分别发挥了executor NLR和sensor NLR的功能。团队合作者利用杂交育种的手段将Pm68从四倍体硬粒小麦转育到了我国长江中下游小麦骨干亲本扬麦158中，转育材料在获得白粉病抗性的同时，其生物量和产量都得到提升（可能是受益于四倍体小麦与六倍体小麦之间的杂种优势）。目前，我国长江中下游麦区的小麦抗白粉病育种高度依赖广谱抗白粉病位点Pm21，而Pm68同样介导了小麦白粉病的广谱抗性（目前还没有毒性菌株的报道），Pm68的克隆及育种材料创制将加速Pm68在小麦育种中的应用。基于上述研究，团队与合作者Nature Communications杂志发表题为“An NLR pair in the Pm68 locus confers powdery mildew resistance in durum and common wheat”的研究论文。

今年以来，Science杂志背靠背报道了由串联激酶和NLR组成的新型sensor-executor pairs，WTK3-WTN1和Sr62^TK -Sr62^NLR,分别介导了小麦白粉病和秆锈病的抗性。Nature Genetics杂志背靠背报道了3对NLR pair，Pm26：TdCNL1-TdCNL5、YrTD121：TdNLR1-TdNLR2 和Yr84：CNL-NL，分别介导了小麦白粉病和小麦条锈病抗性。Plant Communications杂志背靠背报道了抗条锈病NLR pair，Yr6NLR1-Yr6NLR2（本研究）和Yr6^CNLI-Yr6^RL。Nature Communications杂志背靠背报道了3对抗小麦白粉病NLR pair，Pm68：Pm68-1/Pm68-2（本研究），PmWR183-NLR1/PmWR183-NLR2和MlIW39-R1/MlIW39-R2。以上结果表明sensor-executor抗病模块在小麦抗病中发挥着重要的作用，它们对不同病原菌的识别及抗病分子机制也有待探索。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王亚军团队与西北农林科技大学王晓杰教授团队合作完成了小麦抗条锈病Yr6的工作；研究团队与江苏大学何华纲团队、河南大学高安礼团队合作完成了小麦抗白粉病Pm68的工作。以上研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(25)00304-9

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64048-z

图1 Yr6的克隆及功能研究

图2 Pm68 NLR pair的蛋白预测结构及功能研究