小麦秆锈病(Pgt)对全球小麦的产量造成了严重的威胁，随着气候的变化，还在不断进化出新的毒性菌株。在小麦锈病防治中，抗病育种无疑是最具成本效益的方法，然而目前只鉴定出Avr35和AvrSr50两个基因。研究最早在帝国黑麦中发现了可应用于抵抗各种小麦秆锈病菌的Sr27,但尚未在小麦中进行推广。基于此背景，该研究鉴定了抗病基因Sr27和相应的无毒基因AvrSr27。

研究猜测Pgt21-0可能是AvrSr27基因的杂合菌株，于是将自发突变体接种到含Sr27的抗性小黑麦品种“Coorong”上，将三个单一脓疱分离纯化并重新接种到Coorong上，并确认其毒性表型。此外研究组从每个突变体的DNA中生成Illumina序列数据，并将read映射到Pgt21-0单倍型解析基因组组装上。

实验首先筛选引起氨基酸变化的单核苷酸多态性(SNPs)，接着寻找read覆盖缺失的地方，发现在2B染色体的一端，每个突变系都有大量read覆盖率为零的基因。

在此之前，研究组对两个澳大利亚Pgt分离株(Pgt342,12和Pgt34-2,12,13)进行了测序，通过对read覆盖率进行分析，发现这两个分离株在染色体2B的同一区域均含有13 kbp的小缺失，该小缺失跨越了两个分泌蛋白基因（PGT21-006532和PGT21 006593）以及远端的单个相邻基因，而该区域的其他基因没有任何变化。通过序列分析，研究发现这两个AvrSr27候选基因具有密切的联系，研究者将其命名为AvrSr27-1和AvrSr27-2，将位于2A染色体上的等位基因命名为AvrSr27-3。

为了测试三个候选基因的功能，研究生成了重组的大麦条带花叶病毒(BSMV)来表达没有信号肽AvrSr27候选基因，发现它们都无法感染小黑麦系Coorong，而所有BSMV菌株均能使小麦品种Rongcoo致病。通过进一步地测试，研究还发现候选基因和Sr27抗性基因是特异性相对的。

出乎意料的是，在测定中研究发现avrSr27-3变体也能够被Sr27识别到，实验进一步分析Pgt21-0的Illumina RNA-seq数据，发现AvrSr27-2变异(PGT21_006593)的表达量比其他两种变异高约4倍，因此可能是导致Sr27植物感染致病的最大原因。

实验还对Pgt21-0中所有分泌蛋白基因的表达谱进行了聚类分析，发现在萌发孢子、吸器和感染叶中有8个表达谱不同的基因簇。

该共享表达谱与在亚麻锈病病原体Melampsora lini24中鉴定到的的6个Avr基因有着相似的观察结果，表明可以使用表达谱来对携带锈病真菌的候选基因进行排序。

为了鉴定Sr27基因，研究使用了MutRenSeq25方法，对实验材料进行EMS处理，通过侵染Pgt21-0来筛选易感突变体。最终在同一候选基因中， 筛选出8个包含缺失或错义突变的立突变体，为该候选基因的存在提供了强有力的证据。

为了确认Sr27候选基因的功能，研究还使用小麦原生质体进行转染试验，将该基因与AvrSr27变体进行共表达。研究生成了表达Sr27基因的转基因小麦株系，发现它们对Sr27无毒的小麦茎锈病分离株表现出很强的抗性，但仍能感染叶锈病和条锈病，证实该基因具有小麦秆锈病特异抗性。

该研究成功鉴定出小麦秆锈病无毒基因AvrSr27和抗病基因Sr27,且能够有效抵御各类Pgt菌株，此外该基因的鉴定表明了利用基因型序列数据来有效分离毒力表型这一分子诊断工具的开始。强调了精准的表型预测可能需要基于表达数据和基因组测序，这将为部署合适的秆锈病抗病基因及其组合提供帮助，能够有效地控制小麦秆锈病。

doi号：10.1038/s41477-021-00971-5