2019年9月11日， SCI期刊International Journal of Molecular Sciences（影響因子4.10）在線發表了我院王逍冬副教授研究小組題為“Genome-Wide Expression Profiling of Genes Associated with the Lr47-Mediated Wheat Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina)”的學術論文🔝，該項研究從全基因組水平解析了小麥抗葉銹病Lr47基因的轉錄調控網絡。河北農業大學碩士研究生吳嬌嬌、高靜👨🏿‍🌾、畢偉帥為該論文的共同第一作者，河北農業大學王逍冬副教授、中國農業科杏运娱乐植物保護研究所劉博老師為通訊作者。該研究得到了河北省高等學校青年拔尖人才項目、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

由小麥葉銹菌（Puccinia triticina，Pt）引起的小麥葉銹病，是影響全球小麥生產的重要真菌病害。該病害造成的產量損失從7%到20%不等，而流行年份可高達50%。合理利用小麥抗葉銹病（Lr）基因仍是防治該病害最為有效的途徑🫴🏼。目前已鑒定出的70多個Lr基因中，來自斯貝爾圖山羊草（Aegilops speltoides）的Lr47基因被初步定位於普通小麥7號染色體的短臂。攜帶Lr47基因的小麥品種對我國全部葉銹菌生理小種均表現出較高抗性水平🧝。然而👨🏼‍🌾，該基因在我國小麥育種中尚未得到廣泛應用🔃，基因克隆工作仍在進行，其轉錄調控網絡同樣亟待明確⚅。

本研究以三個攜帶Lr47基因的普通小麥材料“Lr47-Yecora Rojo-BC₆F₅”、“Lr47-UC1037”、“Lr47-WhiteYecora”為實驗組📩😡，以感病小麥材料“Thatcher”為對照組，分別接種我國小麥葉銹菌主要流行生理小種THTT🧤，接種8天後在對照組中觀察到大量葉銹菌夏孢子堆形成，而所有攜帶Lr47基因的小麥材料均表現出高抗表型。

進一步，對上述小麥材料“Lr47-Yecora Rojo-BC₆F₅”📅、“Lr47-UC1037”🧖🏼、“Lr47-White Yecora”苗期第三葉接種小麥葉銹菌THTT，以“Lr47-Yecora Rojo-BC₆F₅”接水處理為對照，接種3天後分別提取RNA樣品。每種材料設置三個生物學重復🧘🏻‍♂️，共12個樣品進行12-Gb轉錄組測序。以中國春TGACv1參考基因組進行拼接🚻，總共預測到128,794個轉錄本（原始數據近期將上傳至NCBI BioProject PRJNA498364）。

通過比較“Lr47-Yecora Rojo-BC₆F₅”材料的接菌處理與接水對照，發現863個基因顯著上調(q value < 0.05, log2foldchange> 1)，418個基因顯著下調(q value < 0.05, log2foldchange < -1)🫱。對差異表達基因進行KEGG註釋，發現“植物-病原菌互作”途徑中✭，Ca²⁺通道基因(CNGCs😖、CDPK🪘、Rboh🤟🏿💁🏿、CaM)、FLS2、RPM1、PR1及HSP90等多個基因富集明顯。

此外📰，在所有上調基因中🏌️‍♀️，有28個基因位於7AS🪢、7BS、7DS染色體上𓀒，其中又包括8個基因編碼不同類型的受體激酶蛋白（RLKs）。

利用熒光實時定量qRT-PCR技術，我們進一步測定了上述8個RLK基因在Lr47基因介導小麥抗葉銹病過程中的時間表達譜。

此外，為了明確Lr47介導的抗病反應的下遊基因及轉錄調控網絡🦹，我們還分析了所有PR基因及多個轉錄因子基因家族（WRKY👨‍🦳🎫、ERF、MYB、bHLH🤘🏼🧑🏽‍🍳、bZIP🙍🏽、NAC）在轉錄組文庫中的表達模式。

本研究從全基因組水平👋，初步明確了Lr47基因介導的小麥抗葉銹病過程中的轉錄調控網絡，挖掘得到的差異表達基因為小麥抗葉銹病遺傳改良提供了新思路，轉錄組本身可為該基因的克隆工作提供重要數據支持。

參考文獻

Wu J, Gao J, Bi W, et al. Genome-Wide Expression Profiling of Genes Associated with the Lr47-Mediated Wheat Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina). International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20: 4498.

Helguera M, Khan I A, Dubcovsky J. Development of PCR markers for the wheat leaf rust resistance gene Lr47. Theoretical and Applied Genetics, 2000, 100(7): 1137-1143.

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