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由中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇教授领导的研究小组及其合作者发现了串联激酶蛋白（TKPs）对抗小麦病原体入侵的一种新的免疫机制。
小麦的种植面积比其他任何粮食作物都要大。在病原体对小麦造成的威胁中，真菌高居榜首，每年造成数十亿美元的损失，并对全球粮食安全构成严重挑战。
为了解决这一问题，由中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员领衔的植物免疫团队联合北京农学院青年教师李晶等人发现了串联激酶蛋白（TKPs）对抗小麦病原体入侵的一种新的免疫机制。
TKPs是最近在小麦和大麦中发现的一类抗病蛋白。这些信号蛋白以两个或多个串联排列的激酶结构域为特征，提供对各种真菌病原体的抗性，包括条锈病、叶锈病、茎锈病、白粉病、小麦瘟病和黑穗病。它们在育种应用方面的潜力已经引起了相当大的关注。
目前的研究发表在3月27日的《科学》杂志上，扩大了对TKP功能的理解。它为TKPs与一种免疫受体蛋白NLR（核苷酸结合富亮氨酸重复）蛋白在疾病抵抗中的合作建立了新的范例。具体来说，研究人员发现一种非典型NLR蛋白WTN1（小麦串联NBD 1）与TKP WTK3合作，检测病原体效应物并启动免疫反应，从而赋予小麦对多种真菌疾病的抗性。
有了这一发现，该研究弥补了理解免疫调节途径的关键空白，并为具有广谱病原体抗性的工程作物品种提供了基础。
此前，研究小组成功克隆了广谱抗白粉病基因Pm24 （WTK3）和Pm36 (WTK7-TM)，这两个基因分别编码了来自中国地方小麦和野生二粒小麦的新型TKPs。然而，关键的问题仍然是这些抗性蛋白如何识别病原体效应物，它们的激酶结构域起什么功能作用，以及它们激活了哪些免疫途径。
为了解决这些问题，研究人员筛选了甲基磺酸乙酯（EMS）诱导的Pm24 （WTK3）易感突变体，并确定WTN1是WTK3介导的抗病途径的关键组成部分。遗传分析和基因组编辑表明，WTN1对wtk3介导的小麦白粉病免疫至关重要。WTK3- wtn1基因对通过传感器-执行器合作模式运作，其中WTK3不仅具有对白粉病的抗性，还能识别小麦瘟病效应物PWT4，从而扩大其抗性潜力。
采用多学科方法，包括植物免疫学、生化分析、电生理实验和进化分析，研究人员发现了WTK3和WTN1之间精细协调的关系。他们的研究结果表明，WTK3由两个关键功能模块组成：伪激酶片段（PKF）和第一激酶结构域（Kin I），它们识别病原体效应物，第二激酶结构域（Kin II），它与WTN1相互作用，形成一个强大的“防御团队”。在检测到病原体后，WTK3-WTN1复合物激活离子通道，促进钙离子（Ca 2 +）内流，诱导超敏反应和程序性细胞死亡以抑制感染。
除了科学影响之外，这项研究还具有重要的农业价值。Pm24 （WTK3）原产于中国小麦地方品种，通过回交和标记辅助育种已成功引入高产小麦品种。这些新开发的高产抗病种质已免费分发给国内育种机构，解决了中国小麦主产区广谱抗白粉病基因短缺的问题。
此外，这一突破为建立小麦稻瘟病遗传屏障铺平了道路，为农业可持续发展和产业进步提供了支持。
A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens
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