An ancestral NB-LRR with duplicated 3′UTRs confers stripe rust resistance in wheat and barley

First author: Chaozhong Zhang; Affiliations: Shandong Agricultural University (山东农业大学): Shandong, China

Corresponding author: Daolin Fu

Wheat stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), is a global threat to wheat production. Aegilops tauschii, one of the wheat progenitors, carries the YrAS2388 locus for resistance to Pst on chromosome 4DS. We reveal that YrAS2388 encodes a typical nucleotide oligomerization domain-like receptor (NLR). The Pst-resistant allele YrAS2388R has duplicated 3’ untranslated regions and is characterized by alternative splicing in the nucleotide-binding domain. Mutation of the YrAS2388R allele disrupts its resistance to Pst in synthetic hexaploid wheat; transgenic plants with YrAS2388R show resistance to eleven Pst races in common wheat and one race of P. striiformis f. sp. hordei in barley. The YrAS2388R allele occurs only in Ae. tauschii and the Ae. tauschii-derived synthetic wheat; it is absent in 100% (n = 461) of common wheat lines tested. The cloning of YrAS2388R will facilitate breeding for stripe rust resistance in wheat and other Triticeae species.

小麦条锈病是由小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici导致的一种疾病，严重威胁全球的小麦产量。粗山羊草是小麦的祖先种之一，其染色体4DS上携带的YrAS2388位点能够对小麦条锈菌产生抗性。作者的研究揭示了YrAS2388基因编码了一个典型的类核苷酸寡聚结构域受体蛋白NLR。该YrAS2388R等位基因的3’端区域存在重复的情况，并且在核苷酸结合结构域上存在可变剪切的情况。突变掉YrAS2388R等位基因能够使得人工合成六倍体小麦失去对于小麦条锈菌的抗性。而普通小麦中转入YrAS2388R等位基因则能够对十一种小麦条锈菌均能产生抗性，大麦中转入YrAS2388R等位基因则能够对一种P. striiformis f. sp. hordei产生抗性。YrAS2388R等位基因仅存在于粗山羊草以及来源于粗山羊草的人工合成小麦中，在测试的461个普通小麦品系中全部缺失。对于YrAS2388R基因的克隆将有助于加速小麦和小麦族其他作物对于小麦条锈菌抗性的育种进程。

通讯：Daolin Fu（https://www.uidaho.edu/cals/plant-sciences/our-people/daolin-fu)

个人简介：1994年，山东农业大学，学士；1999年，中科院遗传与发育生物学研究所，硕士；2003年，堪萨斯州立大学，博士。

研究方向：1. 利用EMS诱变获得二倍体春小麦的突变体用于功能基因组研究；2. 利用EMS、γ射线和快中子等手段获取六倍体冬小麦的突变体用于品种开发；3. 优化基因枪技术促进冬小麦功能基因组研究和品种开发；4. 建立小麦的CRISPR/Cas9靶向基因编辑技术；5. 小麦抗性基因和雄性不育的鉴定以及功能验证；6. 利用图位克隆鉴定具有农艺价值的基因，以应对全球的食物危机。

doi: https://doi.org/10.1038/s41467-019-11872-9

Journal: Nature Communications

Published online: September 06, 2019