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发表期刊：TheoreticalandAppliedGenetics发表时间：-07-11发表单位：丹麦斯莱格尔斯奥胡斯大学分子生物学和遗传学、科学和技术系IF5.Q1摘要
白粉病是小麦的一种严重病害。基于Mlo基因的非功能性，大麦具有持久的抗性。作为分析小麦同源Mlo基因诱变效应的模型，我们在四倍体硬粒小麦中开发了基于mlo的白粉病抗性。为了获得Mlo突变，我们筛选了在四倍体小麦“克罗诺斯”中发育的TILLING群体，其中获得的外显子组序列个品系可用。结果有Mlo-A1的23个突变体和Mlo-B1的26个突变体。两个Mlo-A1和四个Mlo-B1突变体被杂交以获得八个F2突变系，其显示从易感性到完全抗性的一系列表型。半田间条件下的盆栽试验证实了6个突变体的抗性水平，没有任何不利多效性效应的迹象。六个白粉病分离株的抗性等级相似，表明mlo抗性没有分离株特异性。Mlo-B1基因突变的影响比Mlo-A1基因更强，这可能反映了野生型Mlo基因表达水平的差异。因此，在单个mlo-B1突变中观察到强烈的部分抗性效应，揭示了mlo突变等位基因的剂量效应。四个mlo-B1突变中的两个(W*和PL)非常强；然而，在MloA-PS/MloB-PL组合中观察到 的组合效应，这表明与无义突变相比，非功能但全长的Mlo蛋白可能具有最强的效应。我们的结果表明，基于mlo的抗性可能为在四倍体小麦中引入对白粉病的持久保护提供了可能性。前言
大麦Mlo基因的隐性突变已被证明是白粉病病原体BlumeriagraminisDCSpeerf.sp.有效和持久的抗性来源（“Mlo抗性”）。因此，在北欧和斯堪的纳维亚，mlo突变发生在大麦品种和先进育种系中的比例很高。Mlo基因编码一个具有七个跨膜结构域的完整膜蛋白，它属于一个横跨单双子叶植物和双子叶植物的小基因家族。与大麦Mlo基因类似，现在有实验证据表明，一个或多个Mlo基因同源基因的突变可能保护一系列植物免受白粉病真菌的感染。
尽管Mlo蛋白的分子功能尚未确定，但对于野生型Mlo蛋白的作用，普遍接受的假设是，它减弱了表皮细胞对白粉病感染的一般防御反应。因此，与野生型基因相比，mlo突变在大麦中引起更强和更早的反应。这使在大麦叶片真菌穿透部位的寄主细胞壁中快速形成大的含胼胝质的乳突。例外情况是，即使在具有高抗性水平的mlo突变系中，白粉病菌落也确实可以从气孔的附属细胞中开始感染。
由于白粉病也是小麦的一种重要病害，由小麦白粉病引起。与大麦mlo抗性相似，已有许多研究探讨了小麦产生mlo抗性的可能性。六倍体小麦具有三个同源Mlo基因，与同源大麦Mlo基因非常相似。Elliott等人表明，当在表皮细胞中瞬时表达时，小麦直系同源物可以补充大麦中的mlo突变。此外，Várallyay等人表明，伴随病*诱导的三个小麦Mlo基因在小麦中的沉默导致白粉病抗性增强。最近，Wang等人表明，通过基因组编辑技术同时敲除三个小麦Mlo同源基因可以抵抗白粉病感染。此外，Acevedo等人通过对mlo突变的TILLING筛选和随后的杂交获得了六倍体小麦的部分基于mlo的抗性，以获得所有三个mlo同源基因的三重突变。因此，尽管小麦的异源多倍体使突变植株的产生变得复杂，但利用基于mlo的小麦白粉病抗性有着坚实的基础，因为所有同源基因都需要突变，六倍体小麦的mlo-A1、-B1和-D1，四倍体小麦的mlo-A1和-B1。
mlo突变的另一个副作用是增加了对一些坏死性叶片病原菌的易感性，特别是cygni。因此，在多效性效应的背景下，完全敲除两个或三个小麦Mlo同源基因可能不是 的解决方案，只有对“弱”或“强”突变的不同组合进行经验测试，才能指出基于Mlo的抗性的 水平，以防产生不良副作用。
尽管白粉病似乎是一种主要在温带潮湿气候下的六倍体普通小麦（例如在北欧）中出现的疾病问题，但对该疾病的抗性对于地中海地区四倍体硬粒小麦（TriticumturgidumLspp.durum）的育种也很重要。在这里，在有灌溉的地区，疾病的严重程度可以增加。在正常地中海条件下的冬季，硬粒小麦的白粉病发作也可能与产量下降有关。因此，有必要在四倍体硬粒小麦中培育抗白粉病的品种，这可能是基于高效的mlo抗性，正如我们在这项工作中所做的那样。
异源多倍体小麦隐性突变的筛选不是直接进行的，因为未受影响的纯基因组中的显性野生型基因可以掩盖自花授粉后纯合隐性突变的表型效应。因此，突变筛查必须基于基因分型。为了在本研究中筛选mlo突变，我们利用了四倍体（AABB）硬粒小麦“Kronos”中发育的一个TILLING（靶向诱导的基因组局部损伤）群体，该群体捕获的外显子序列个品系已测序。因此，已经对该群体中的所有突变进行了基因分型，我们只需进行电子筛查即可找到正确的突变。在数据库中鉴定出mlo突变后，我们通过杂交将A和B基因组的突变结合起来，获得了双纯合突变。我们研究了由不同的突变等位基因提供的不同水平的白粉病抗性，并获得了一个具有非常高抗性水平的A和B基因组突变组合。
结果
1、Kronos中mlo突变的鉴定
为了鉴定四倍体克罗诺斯小麦品系的Mlo基因突变，利用Blast以小麦MloDNA序列为输入搜索了位于