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2月17日，国际顶级学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了一项来自山东的重磅科研成果——烟台大学马朋涛教授团队成功完成了小麦广谱抗白粉病基因Pm37的精细定位与克隆。
这项历时近十年的研究，不仅在理论上解析了小麦抗病分化的分子机制，更为我国小麦抗病育种提供了珍贵的基因资源和技术支撑。
十年坚守，只为给小麦找回“抗病力”
“小麦是我们国家的最重要粮食作物之一，病害发生会严重影响小麦产量，我们就是研究小麦的抗病基因应用于育种，从而减少农药的使用。”马朋涛教授介绍，在小麦白粉病防控实践中，利用品种抗性是最经济、有效的措施。
然而，病原菌也在不断进化。在抗病品种推广应用中，单一抗性基因往往会随着病原菌新毒性小种的出现而丧失抗性。因此，发掘多样化的抗性基因资源，对于小麦病害的持久防控具有重要意义。
为了解决这个问题，马朋涛团队综合利用图位克隆及PacBio SMRT长读长基因组测序技术，从小麦种质NC99BGTAG11中成功克隆了Pm37基因。
该研究首次报道了NLR等位变异介导的小麦对白粉病和杆锈病的功能分化，为解析NLR基因家族的功能分化机制提供了重要依据，具有重要的理论意义。
一个基因，竟能对抗多种病害？
这项研究最引人注目的地方，是发现了Pm37不仅是一个抗白粉病基因，还展现出了“一基多能”的神奇特性。
研究表明，Pm37本身具有高水平的抗白粉病功能，同时还能对小麦叶锈病表现出中等程度的抗性。更有趣的是，Pm37与小麦抗秆锈病基因Sr22互为感病等位变异。
“简单来说，我们克隆出的Pm37，本身具有高水平的抗白粉病功能，同时可以抵抗叶锈病，通过改变基因的几个碱基序列，它还能分化出秆锈病抗性。”马朋涛解释道。
这种“等位基因抗不同病害”的现象在小麦NLR基因家族中极为罕见。这为利用基因编辑等技术人工改造NLR、创制更多类型的抗性提供了序列模板，具有极高的育种利用价值。
挖掘古老的“隐形宝藏”
这个神奇的基因从何而来？
现代小麦是由一粒小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草等三种野生植物经过漫长的自然选择和人工驯化形成的。马朋涛团队研究发现，Pm37起源于古老的“一粒小麦”，经提莫菲维小麦做桥梁亲本渐渗到普通小麦基因组中。
在漫长的进化过程中，这个基因在普通小麦及其近缘种材料中分布频率极低，是一个尚未被广泛育种利用的“珍稀变异”。
为了快速而精准的利用这个基因，研究团队利用开发的功能标记Pm37-FM，对Pm37进行精准转育，已成功应用于多个小麦品种的抗病遗传改良。
结果令人振奋：这些导入Pm37基因的新品系，在保持了高水平抗性的同时，尚未发现农艺及产量性状的连锁累赘。这意味着，Pm37是一个不可多得的优秀抗病基因，它能做到“只抗病、不减产”。
在这项重磅成果的背后，是一支年轻且充满活力的团队。烟台大学为论文第一完成单位，青年教师靳玉丽、硕士生李尧雪等为共同第一作者，项目得到了国家自然科学基金、山东省小麦产业技术体系等支持。
从实验室的瓶瓶罐罐，到未来麦田里的滚滚麦浪，这是一条漫长而寂寞的路。但马朋涛团队的目标其实很朴素：让农民种地少打点农药，让粮仓里的麦子多收几斤。这颗小小的抗病种子，承载着他们十年的心血，也将在泥土里长出实实在在的希望。
（大众新闻记者 邢金钰 编辑 吕原 设计 耿俊逸 通讯员 孙艳）
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