茎基腐病（FCR）和纹枯病（SE）是小麦及其近缘种的主要土传病害，在植物的整个生长阶段均可发生。发掘更多的FCR和SE抗性基因，对控制土传小麦病害发病率具有重要意义。在本研究中，研究人员发现了一个FCR抗性基因TaCWI-B1，它通过负调控水解细胞壁中甘露聚糖的α-半乳糖苷酶基因（TaGAL）来调节细胞壁厚度和成分含量。此外还发现，TaCWI对小麦的SE抗性具有正向调节作用。
结果：
1.TaCWI-B1表达与小麦FCR抗性之间的关联鉴定
研究人员分析了FCR抗性和敏感性群体，鉴定了3796个SNPs。这些SNPs主要集中在2B染色体的403-422Mb和442-462Mb两个区间（图1C），其中包含232个基因。在这些基因中，18个基因在FCR抗性和感性群体间表达差异显著。重测序结果表明18个基因中有10个存在序列多态性（图1E），其中7个基因在小麦茎中高表达（图1F），7个基因中有3个被WZ-8A显著诱导（图1G），通过VIGS技术沉默这3个基因，并发现沉默TaCWI-B1（Gene7）的植物在FCR抗性上发生了显著变化。
图1：候选基因TaCWI-B1的筛选与鉴定
对446份小麦品种进行TaCWI-B1基因的多态性分析，发现与FCR抗性显著相关的变异，这些变异构成了三个单倍型，其中携带TaCWI-B1_Hap1的品种展现出更强的FCR抗性（图2A）。
RIL群体验证：通过将携带TaCWI-B1_Hap3的品种Xingmai1与携带TaCWI-B1_Hap1的品种Yunong201和Longmai862杂交，构建了两个RIL群体。表型比较显示，携带TaCWI-B1_Hap1的小麦株系比携带TaCWI-B1_Hap3的株系展现出更强的FCR抗性（图2B,D）。
图2：不同植物中TaCWI-B1单倍型与FCR抗性的关系及系统发育树
2.EMS突变体和过表达揭示了TaCWI-B1调节FCR抗性
为了进一步验证TaCWI-B1的功能，研究人员筛选了TaCWI-B1的两个Kronos突变体（图3A：K3846和K2315），并创制了3个TaCWI-B1过表达系。发现突变体的的DI值（DI = 64.03）均高于野生型（DI = 44.00）（图3B,C），而3个过表达系的DI值（DI = 48.81）明显低于野生型（DI = 66.20）（图3E,F）。这些结果表明，TaCWI-B1正调控普通小麦的FCR抗性。
图3：EMS突变体和过表达揭示了TaCWI-B1调节FCR抗性
3.TaCWI-B1表达通过增加细胞壁厚度提高小麦FCR抗性
由于TaCWI-B1的表达可能与小麦植株的细胞壁厚度有关，研究人员分析了TaCWI-B1基因过表达株系（OE27-4）、突变体（K2315）和野生型的细胞壁，发现OE27-4的细胞壁比野生型厚，且茎基部细胞壁纤维素和果胶含量更多，K2315反之（图4A-F）。由于果胶和纤维素通过调节细胞壁的主要机械特性诱导植物的抗病性，上述结果表明，TaCWI-B1可能通过增加细胞壁厚度来提高FCR抗性。
图4A-F：TaCWI-B1过表达株系和突变体细胞壁厚度和成分分析
4.调节细胞壁成分的TaGAL与TaCWI-B1水平呈负相关
TaGAL基因编码的酶是参与植物细胞壁多糖中甘露聚糖的修饰或降解过程的主要酶之一，细胞壁多糖的降解可以影响细胞壁的完整性和植物对病害的抗性。TaCWI-B1和TaGAL蛋白之间的相互作用通过酵母双杂交和荧光素酶互补实验得到了证实（图4G,H）。qRT-PCR表明，TaCWI-B1过表达株系和TaCWI-B1_Hap1中的TaGAL表达量更少（图4I），TaCWI-B1突变体中TaGAL的表达量明显增加。此外，与野生型相比，突变体K2315和TaCWI-B1过表达株系的GAL酶活性分别增加了18%和降低了13%（图4J,K），这说明TaGAL与TaCWI在表达和酶活性上呈负相关。
研究人员筛选TaGAL的EMS突变体K3295（图4L），发现K3295的FCR抗性相对强于野生型（图4M,N），说明TaGAL对小麦的FCR抗性有负向调节作用。以上说明TaCWI-B1的过表达可能通过减少TaGAL的表达和增加小麦茎中细胞壁的厚度来提高FCR抗性。
图4G-N：调节细胞壁成分的TaGAL与TaCWI-B1水平呈负相关
5.TaCWI-B1的表达赋予普通小麦对SE的抗性
在446个小麦试验材料中，TaCWI-B1_Hap1基因的小麦品种对SE的抗性明显强于TaCWI-B1_Hap2基因的小麦品种，在两个群体中对SE的抗性明显强于TaCWI-B1_Hap3（图5A,B）。SE表型显示，TaCWI-B1过表达系的SE抗性显著增强，而EMS突变体K2315和K3846的SE抗性明显低于其野生型。（图5C-F）。此外，与野生型相比，TaGAL突变的K3295对SE的抗性显著增加（图5G,H）。
图5：TaCWI-B1的表达赋予普通小麦对SE的抗性
