小麦叶锈病，由真菌病原体Puccinia triticina Erikss.（Pt）引起，对全球小麦生产构成重大威胁。Pt小种分布广泛且进化迅速，使得叶锈病在适宜气候条件下大规模流行，导致30% – 50%的产量损失。为防治叶锈病，利用抗病基因和抗病品种是最有效的方法。然而，有限的抗病基因常与不良农艺性状基因密切相关，而单一抗病基因的抗性可能会被快速进化的小种克服。因此，挖掘新的抗叶锈病基因、平衡“产量和抗性”对于可持续育种至关重要。近日，中国农科院作科所与西北农林科技大学合作在国际生物技术著名期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为 “Knockout of GRAIN WIDTH2 has a dual effect on enhancing leaf rust resistance and increasing grain weight in wheat”的研究简讯。该研究揭示了小麦粒重基因TaGW2的新功能，不仅作为粒重的负调控因子，还在负调控小麦叶锈病抗性方面发挥作用，敲除该基因具有同时增强叶锈病抗性和提高粒重的双重效应，这一发现为小麦育种和病害防控提供了新的思路和可能性。该研究在Fielder接种小麦叶锈菌THT的12h和24h后的转录组中发现了TaGW2-6A/6B响应叶锈菌的侵染诱导表达。过表达TaGW2后发现抗病性降低，而通过CRISPR/Cas9敲除该基因后抗病性显著增强。显微观察表明敲除株系在苗期接种后积累了更多的H2O2，叶锈菌的生长受到阻碍，相关病程基因的表达水平也显著上升，而过表达株系与之相反。成株期接种结果与苗期一致，表明TaGW2作为小麦叶锈病抗性的负调控因子。通过酵母筛库发现了TaGW2和防御免疫因子TaSGT1之间的互作关系，进一步利用LCI、BiFC和Pull down证实了它们之间发生蛋白-蛋白互作。TaSGT1是小麦叶锈病抗性的正调控因子，通过BSMV-VIGS技术沉默TaSGT1后导致叶锈病抗性降低。TaGW2作为E3泛素连接酶介导了TaSGT1的泛素化和蛋白降解，从而参与调控小麦叶锈病抗性。由于TaGW2是已知的影响粒重的核心调控因子，敲除该基因可以显著提高粒重和粒宽。在接种叶锈菌的条件下，不同株系的粒重和粒宽会有一定程度的下降，但编辑株系表现出更强的抗病性，从而在受到叶锈菌侵染的情况下，其粒重和粒宽的下降幅度相比野生型对照更小，这进一步拉大了编辑株系与野生型对照之间的差距，表明编辑株系在叶锈病抗性和产量方面具有显著的优势和潜力。这项研究为在小麦中提高叶锈病抗性而不牺牲产量提供了一种新的策略，具有重要的应用前景和潜力。图1 敲除TaGW2基因具有同时提高小麦叶锈病抗性和粒重的双重效应西北农林科技大学与中国农科院作科所联合培养博士生刘淑娟为论文第一作者，中国农科院作科所李甜副研究员、张学勇研究员和西北农林科技大学农学院陈新宏研究员为论文共同通讯作者。特别感谢美国俄克拉荷马州立大学严六零教授对论文的指导与帮助。该研究得到国家重点研发计划项目和河北省重点研发计划项目的资助。文章来源：植物生物技术Pbj
