An ankyrin-repeat and WRKY-domain-containing immune receptor confers stripe rust resistance in wheat

First author: Huan Wang; Affiliations: Fujian Agriculture and Forestry University (福建农林大学): Fuzhou, China

Corresponding author: Dingzhong Tang

Perception of pathogenic effectors in plants often relies on nucleotide-binding domain (NBS) and leucine-rich-repeat-containing (NLR) proteins. Some NLRs contain additional domains that function as integrated decoys for pathogen effector targets and activation of immune signalling. Wheat stripe rust is one of the most devastating diseases of crop plants. Here, we report the cloning of YrU1, a stripe rust resistance gene from the diploid wheat Triticum urartu, the progenitor of the A genome of hexaploid wheat. YrU1 encodes a coiled-coil-NBS-leucine-rich repeat protein with N-terminal ankyrin-repeat and C-terminal WRKY domains, representing a unique NLR structure in plants. Database searches identify similar architecture only in wheat relatives. Transient expression of YrU1 in Nicotiana benthamiana does not induce cell death in the absence of pathogens. The ankyrin-repeat and coiled-coil domains of YrU1 self-associate, suggesting that homodimerisation is critical for YrU1 function. The identification and cloning of this disease resistance gene sheds light on NLR protein function and may facilitate breeding to control the devastating wheat stripe rust disease.

植物对于病原菌效应物的感知通常依赖于核苷酸结合结构域和含亮氨酸重复序列（NLR）蛋白。一些NLR蛋白含有额外的结构域，作用于病原菌效应物靶标以及激活植株自身的免疫信号。小麦条锈病（wheat stripe rust）是对作物最具破坏性的疾病之一。本文中，作者在二倍体乌拉尔图小麦中克隆到了一个小麦条锈病抗性基因YrU1，而乌拉尔图小麦是普通六倍体小麦的其中一个祖先种。YrU1基因编码一个卷曲-螺旋-NBS-富含亮氨酸重复蛋白，N端包含一个锚蛋白重复，C端包含一个WRKY结构域，从而构成了一个非常独特NLR结构。数据库检索只在小麦的近缘物种中鉴定到了具有类似结构的基因。YrU1在烟草中的瞬间表达，在不存在病原体的情况下，并不会诱导细胞死亡。YrU1的锚蛋白重复和卷曲螺旋结构域存在自我关联，说明同源二聚化对于YrU1的功能至关重要。本文鉴定的小麦疾病抗性基因YrU1对于NLR蛋白功能的进一步理解有了新的视野，并可能会促进小麦的抗条锈病育种。

通讯：唐定中  (http://net.fafu.edu.cn/hist/6c/23/c7549a224291/page.htm)

个人简介：1992年，武汉大学，学士；1995年，福建农业大学，硕士；1996-1997年，英国John Innes Centre，访问学者；1998年，福建农业大学，博士；1998-1999年，中科院发育所，博士后；1999-2006年，印第安纳大学，博士后；2006-2016年，中科院遗传与发育生物学研究所，研究员；2017年-至今，福建农林大学，教授。

研究方向：植物与病原菌的分子互作，长期从事植物免疫分子机制及其信号转导途径的研究。利用白粉菌与拟南芥相互作用体系，系统研究植物与病原菌互作的分子机制。

doi: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15139-6

Journal: Nature Communications

Published date: March 13, 2020

p.s. 相关研究

Nature Communications：节节麦中小麦条锈菌抗性基因鉴定