小麦抗黄花叶病毒新机制：Ym1通过识别病毒外壳蛋白介导根系特异性抗性

时间：2025年4月17日

来源：Nature Communications

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为解决小麦黄花叶病毒(WYMV)造成的严重减产问题，南京农业大学团队成功克隆了抗病基因Ym1，发现其编码的CC-NBS-LRR蛋白通过特异性识别WYMV外壳蛋白(CP)，触发根系超敏反应(HR)，阻断病毒系统性扩散。该研究揭示了土壤传播病毒与宿主互作的新机制，为抗病育种提供了关键靶点，成果发表于《Nature Communications》。

小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus, WYMV)是威胁全球小麦生产的土壤传播病原体，通过根栖真菌Polymyxa graminis(Pg)传播，可导致30%-70%的产量损失。传统防治手段难以控制此类病毒，而现有抗性基因资源有限，且分子机制不明。尤其令人困扰的是，尽管已鉴定出14个抗性基因/QTL，仅有Ym2被成功克隆，而最广泛使用的2DL染色体位点Ym1因重组抑制长期未能解析。这一瓶颈严重阻碍了抗病育种的精准设计。

南京农业大学的研究团队通过创新性策略克服了Ym1位点的重组障碍，结合基因组学与反向遗传学手段，首次揭示了Ym1介导抗性的分子机制。研究采用ph1b突变体促进同源重组，将Ym1定位至5.8 Mb区间；通过EMS诱变获得3个感病突变体，结合转录组分析锁定候选基因TraesFLD2D01G565300；利用CRISPR-Cas9编辑、过表达和病毒诱导基因沉默(VIGS)验证其功能；通过酵母双杂交(Y2H)、荧光互补(LCI)和免疫共沉淀(Co-IP)解析蛋白互作网络；借助亚细胞定位和核输出信号(NES)实验阐明激活机制。

精细定位揭示Ym1候选基因
通过双杂交F₁策略构建的BC₁F₂群体将Ym1缩小至2ESTK2-InDel_FA192区间。比较基因组分析发现，抗病品种Fielder独有的NLR基因TraesFLD2D01G565300在根系受WYMV诱导上调，且三个感病突变体均在该基因发生错义或无义突变（如YNXM-Mut2的G3190A导致382 aa截短蛋白），确认为Ym1候选基因。

功能验证确立抗病核心作用
转基因过表达使感病品种Yangmai 158(YM158)获得抗性，而CRISPR编辑Fielder（如CRYm1-4-2缺失3.2 kb）导致感病表型。RNA原位杂交显示Ym1特异性表达于根内皮层，编辑后表达消失。病毒传输实验证明Ym1通过阻断病毒从根皮层向中柱的转移抑制系统侵染，但不影响Pg真菌定殖。

CP识别触发抗病信号级联
Y2H和LCI实验显示Ym1-LRR结构域与WYMV CP直接互作。共表达Ym1-GFP与CP-HA引发本氏烟细胞死亡，而突变体Ym1-Mut1（T986I）虽保留CP结合能力却丧失HR触发功能。关键发现是CP结合导致Ym1核质重分布：正常状态下Ym1均匀分布于细胞核与质，而CP存在时仅存于细胞质。添加核输出信号(NES)的Ym1-CC可自主诱发HR，而核定位信号(NLS)版本则失效，证实细胞质定位是激活必要条件。

进化起源与育种价值
系统发育分析表明Ym1与小麦条锈病抗性蛋白Yr10同源性低（46%），而与节节麦(Aegilops)X_c/X_n亚基因组序列相似性>99%，支持其外源渗入起源。开发的Ym1-DM标记在372个品种中精准预测抗性，为分子标记辅助选择提供工具。

该研究首次阐明根系特异性NLR蛋白通过核质穿梭机制感知病毒入侵的动态过程，突破了土壤传播病毒抗性研究的范式。Ym1介导的“识别-激活-封锁”三阶段模型为设计广谱抗病作物提供了新思路：病毒CP被LRR捕获→解除CC结构域自抑制→核输出触发HR→物理阻断病毒移动。相较于已克隆的Ym2（抑制病毒从Pg向植物转移），Ym1作用于病毒进入后的细胞内防御，两者机制互补，为基因聚合育种奠定理论基础。鉴于WYMV在东亚小麦产区的肆虐，这一发现对保障粮食安全具有重大应用价值。