小麦小GTP酶基因TaRABH1bL介导高温全生育期抗条锈病的分子机制研究

本文推荐：该研究首次揭示了小麦小GTP酶基因TaRABH1bL通过GTP结合态与转录因子TaERF1L互作，协同调控含GCC-box元件的感病/温度敏感基因表达，从而激活小麦品种小偃6号（XY6）对条锈菌（Pst）的高温全生育期抗性（HTAS）。研究阐明了Rab亚家族蛋白在植物生物/非生物胁迫交叉应答中的分子开关作用，为培育气候适应性抗病小麦提供了新靶点。

　　

1 引言

小麦条锈病由条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）引起，是威胁全球小麦生产的重大病害。小偃6号（XY6）作为具有高温全生育期抗性（HTAS）的经典品种，其抗性机制涉及温度与病原菌的双重信号感知。研究团队前期转录组分析发现，Rab亚家族基因TaRABH1bL在HTAS抗性激活条件下特异性高表达，暗示其可能作为"分子开关"整合环境与病原信号。

2 结果

2.1 TaRABH1bL的鉴定与表达特征

TaRABH1bL编码含典型Rab结构域的蛋白，与小麦4B染色体上的TaRABH1bL-4B同源。表达分析显示该基因主要在叶片中富集，且在Pst接种与20°C高温协同处理时表达量激增8.3倍，而感病品种MX169无此响应，证实其双重胁迫应答特性。

2.2 亚细胞定位与功能验证

通过本氏烟叶片和小麦原生质体实验证实，TaRABH1bL定位于细胞质和细胞核。BSMV介导的基因沉默导致HTAS抗性显著降低，锈菌孢子堆数量增加2.1倍，抗性标记基因TaPR1/TaPR2表达下调，组织学观察显示高温处理后病菌菌丝扩展抑制效应消失。

2.3 蛋白互作网络解析

酵母双杂交（Y2H）筛选发现TaRABH1bL与乙烯响应因子TaERF1L互作。通过构建活性态（Q69L）和失活态（N122I）突变体，证实仅GTP结合态的TaRABH1bL^Q69L能与TaERF1L在细胞核内互作。双荧光素酶报告系统显示，该互作使TaERF1L对GCC-box元件的转录抑制活性增强1.8倍。

2.4 抗病通路调控机制

沉默TaERF1L导致HTAS抗性丧失，证实其正调控作用。研究提出分子模型：Pst侵染和高温胁迫促使TaRABH1bL转为GTP结合态，通过核内互作增强TaERF1L对下游感病基因的抑制，从而激活HTAS抗性。该通路首次揭示Rab蛋白通过变构调控转录因子功能的新机制。

3 讨论

该研究突破性地将小GTP酶的构象变化与植物免疫转录调控直接关联。TaRABH1bL^Q69L-TaERF1L模块的发现为理解温度依赖型抗病性提供新视角，其分子设计育种潜力值得关注。未来需解析GCC-box下游靶基因网络，并探索Rab-ERF模块在其他作物抗逆中的应用。

4 实验方法

研究采用BSMV-VIGS、Y2H、BiFC等技术体系，结合小麦原生质体转化和低温透射电镜等创新方法，建立了一套完整的温度胁迫-病原互作研究平台。统计采用Duncan多重检验（p<0.05），所有实验均设三次生物学重复。