Brödvete är en av de viktigaste basgrödorna för miljontals människor och är tydligen den största odlade och omsatta spannmålen i världen. Brödvete är en hexaploid art med tre subgenom (2n =6x =42, AABBDD) som har genomgått två separata allopolyploidiserings- och domesticeringshändelser.
På grund av flaskhalseffekterna lider modernt vete av extremt låg genetisk mångfald, vilket har lett till genetisk erosion och ökad mottaglighet och sårbarhet för miljöpåfrestningar, skadedjur och sjukdomar. Vilda emmervete, Triticum dicoccoides, (2n =4x =28, AABB), är den direkta vilda förfadern till både durum- och brödvete, vilket ger ny naturlig variation för modern veteförbättring.
Forskare från Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB) vid den kinesiska vetenskapsakademin har gjort framsteg i att klona en bredspektrumgen för mögelresistens, Pm36, som kodar för ett nytt tandemkinas med en transmembrandomän (WTK7-TM) som härrör från vilda emmer vete.
Resultaten publicerades online i Nature Communications den 10 april.
Pm36 identifierades först från vilda emmer-durumvete backcross-introgressionslinjer och kartlades till 5BL-kromosomarmen av forskare vid University of Bari, Italien, med användning av amplifierad fragmentlängdspolymorfism, enkel sekvensupprepning (SSR) och uttryckt sekvenstagg (EST) - härledda tillverkare.
Forskare från China Agricultural University utvecklade mögelresistens mot vild emmer-vanligt vete backcross introgressionslinje på ungefär samma tidsperiod och finkarterade samma gen med polymorfa SSR, EST-härledda sekvensmärkta platsmarkörer genom att utföra jämförande genomisk analys.
I denna studie, för att klona Pm36, användes en större segregationspopulation bestående av 31 786 gameter för att finkarta Pm36 i ett litet genomiskt intervall innehållande endast fyra högkonfidensgener enligt de tillgängliga referensgenomsekvenserna för vete och dess vilda släktingar. Ingen av dessa gener visade sig dock vara Pm36 efter att de två uttryckta generna inom detta intervall införts separat i den mycket mottagliga vetesorten Fielder genom Agrobacterium-medierad transformation för funktionell karakterisering.
Forskarna undrade sedan om detta var en variation i den genomiska strukturen av Pm36-genregionen. Genom att dra fördel av den reducerade kostnaden för PacBio SMRT långläst sekvenseringsteknologi, sekvenserades den tetraploida vilda emmer-durum introgressionslinjen 5BIL-29 som bär Pm36 för att generera HiFi-läsningar och Hi-C-läsningar för genomsekvensmontering. En 7,1 Mb contig ptg000422 som spänner över hela Pm36 fysiska kartläggningsintervallet (1,17 Mb) fångades från det sammansatta genomet.
Inte överraskande hittades en stor sekvensinsättning i den fysiska Pm36-regionen med ytterligare sju förutsagda gener och ett förmodat tandemkinas med en förutsagd transmembrandomän (WTK7-TM) bekräftades ytterligare som Pm36-genen.
Haplotypisk variationsanalys avslöjade att Pm36 (WTK7-TM) endast presenterades i den södra vilda emmer-genpoolen. Frånvaron av Pm36 och flera andra klonade gener för sjukdomsresistens, såsom Pm41, Yr15 och Yr36, i naturliga livsmiljöer för vilda emmervete från sydöstra Turkiet, där vete tros ha blivit domesticerat, samt i odlat tetraploid och hexaploid vete, avslöjade. att dessa sjukdomsresistensgener lämnades kvar i naturen och inte integrerades i den odlade vetegenpoolen.
De flesta av de klonade veteresistensgenerna kodar för intracellulära nukleotidbindande leucinrika repeterande receptorproteiner. Vetetandemkinas (WTK) karakteriserades nyligen som ett nytt resistensprotein i vete och vilda släktingar för många typer av sjukdomsresistens, inklusive randrost, stamrost, lövrost, mjöldagg och veteblast.
Pm36/WTK7-TM upptäcktes i vild emmer-vete och har visat sig vara resistent mot olika isolat av Blumeria graminis f. sp. tritici. Pm36 har använts för att utveckla avancerade avelslinjer med brett spektrumresistens och hög avkastningspotential för att säkerställa livsmedelssäkerhet.
Mer information: Miaomiao Li et al, Ett membranassocierat tandemkinas från vilda emmervete ger bredspektrumresistens mot mjöldagg, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47497-w
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
