1月15日，南京農業(yè)大學馬正強教授團隊在Nature Genetics上發(fā)表題為“Mutagenesis and analysis of contrasting wheat lines do not support a role for PFT in Fusarium head blight resistance”的研究論文。該研究利用翔實的實驗數據證明在抗赤霉病位點Fhb1，富組氨酸鈣結合蛋白編碼基因His^R基因決定了對小麥赤霉病的抗性，而孔形成毒素蛋白基因PFT在其中不起作用。

赤霉病（FHB）是全球小麥生產上流行的毀滅性病害。Fhb1是迄今為止發(fā)現(xiàn)的抗赤霉病效應最強、表達最穩(wěn)定，且應用最廣泛的關鍵基因。2016年Rawat等人研究認為PFT是Fhb1位點的候選基因。但后續(xù)南京農業(yè)大學馬正強教授團隊和美國堪薩斯州立大學柏貴華教授團隊的研究確定位于PFT基因附近約50kb的His^R（TaHRC）基因才是Fhb1的功能基因。由于缺乏僅攜帶His^R而不含PFT的重組體和單倍型，這兩項研究雖證明PFT無法單獨賦予赤霉病抗性，但不能排除His^R和PFT可能共同作用增強小麥赤霉病抗性的可能。

為了進一步闡明Fhb1位點抗赤霉病的機制，該研究團隊在前期克隆His^R的基礎上，利用11個攜帶不同His^R轉基因事件的株系和Fhb1近等基因系，在12個遺傳背景中創(chuàng)制了109個攜帶His^R和PFT不同等位基因的導入系，并進行抗赤霉病鑒定。他們發(fā)現(xiàn)，無論是攜帶His^R的近等基因系還是攜帶His^R轉基因的導入系，赤霉病抗性都顯著增強，且與His^R的來源無關。該團隊進一步比較了四個遺傳背景中攜帶和不攜帶PFT的His^R導入系的赤霉病抗性，結果表明所有His^R導入系的赤霉病抗性都不受PFT存在與否的影響（圖1a,b）。根據PFT和His^R的有無進行所有遺傳背景的合并比較，也得出相同結論（圖1c）。

圖1 不同遺傳背景下攜帶和不攜帶His^R和PFT對赤霉病抗性的影響

此外，該團隊利用CRISPR–Cas9技術在Fhb1近等基因系中創(chuàng)制了3個PFT提前終止，2個氨基酸缺失的突變體（圖2a）。田間和溫室的抗性鑒定結果表明，所有PFT突變體與Fhb1近等基因系、編輯陰性對照VW109的抗性水平一致，都表現(xiàn)為抗病（圖2b,c），進一步證明PFT不能顯著影響赤霉病抗性。此外，PFT突變對株高、開花和穗形態(tài)等農藝性狀沒有影響。雖然有報道認為赤霉病抗性程度與株高、開花期和穗部形態(tài)等農藝性狀相關，但他們也未發(fā)現(xiàn)PFT對這些農藝性狀的影響。

圖2 MY背景Fhb1近等基因系R-7中的PFT編輯及其對赤霉病抗性的影響

該研究不僅對解析Fhb1位點抗赤霉病的機制十分重要，也為在小麥抗赤霉病分子育種中準確、高效利用Fhb1提供了重要的指導。PFT和His基因在物理位置上接近，但是由于許多攜帶PFT的小麥種質并不攜帶His^R，他們建議在分子標記輔助選擇中應謹慎使用PFT功能標記，以避免誤導。該研究受國家自然科學基金（31930081）、國家重點研發(fā)計劃（2023YFD1200400）、江蘇省重點研發(fā)計劃（BE2021356）、江蘇省種業(yè)振興“JBGS”項目（JBGS2021013和JBGS2021046）以及江蘇省現(xiàn)代作物生產協(xié)同創(chuàng)新計劃的部分支持。