從地方品系到免疫體：WTK3 與 WTN1 的小麥抗病雙人組
白粉病（powdery mildew），是小麥的老冤家。由一種專門攻擊小麥的真菌（Blumeria graminis f. sp. tritici, 簡稱 Bgt）引起，不只會讓葉片長滿白色粉末、影響光合作用，還會讓產量大幅下滑。更麻煩的是，這傢伙演化超快，很多抗病基因沒幾年就被破解了。
不過，祖先早有準備！就藏在中國的地方品系（landraces）中。這些地方品系裡，藏著不少天然的抗病寶藏。這次我們的主角，就是來自於陝西省的「葫蘆頭（Hulutou，HLT）」小麥品系的神秘抗病基因。
研究團隊將「葫蘆頭」與感病的品系S4185雜交、建立F₂族群，再利用高解析度定位與序列分析，將抗病性狹窄定位到染色體1DS上的一個532 kb區域：Pm24[1]。
透過研究「葫蘆頭」的基因，研究團隊發現，Pm24 的抗性其實是來自一個叫做 WTK3（Wheat Tandem Kinase 3） 的基因，它不是常見的 NLR 抗病蛋白，而是「串聯激酶蛋白」——顧名思義，含有兩段激酶結構域（kinase，在論文中稱為Kin I 和 Kin II），但少了 NLR 的招牌感知結構。
更特別的是，WTK3 之所以能抗病，是因為它出現了一個非常罕見的突變。就在第一個激酶結構域（Kin I ）上，剛好不多不少缺了兩個胺基酸——離胺酸和甘胺酸（K400G401）。只剛剛好少了這兩個胺基酸，抗病力就啟動了。這種突變在超過 1000 個小麥品系中，只有 4 個地方品系有，幾乎是抗病界的神秘小精靈。
但故事才剛剛開始。為什麼這麼說呢？因為研究團隊發現， 雖然WTK3能感應病原菌，卻沒辦法自己引發免疫反應。那它怎麼發揮作用？難道它還有神秘的合作伙伴嗎？
為了要找尋與WTK3合作的潛在基因，研究團隊進行了一波的突變誘導與篩選[2]。他們認為，如果突變小麥有正常的 WTK3，卻還是會被感染，那就代表這個突變株有與WTK3合作的「合夥人」發生突變的可能。
透過突變篩選與 RNA 定序，他們找到了WTK3的神祕夥伴WTN1，一個擁有雙 NBD 結構的非典型 NLR蛋白。
NBD（nucleotide-binding domain） 是 NLR 蛋白的核心結構之一，在植物免疫系統中扮演著「開關」的角色。過去的研究發現，它能夠結合並水解 ATP 或 ADP，接著就會改變蛋白結構，促使 NLR 蛋白聚合、活化，以啟動後續的免疫反應（例如導鈣、細胞死亡等）。研究團隊發現的 WTN1蛋白，它的特別之處是它具有兩個 NBD（也就是 tandem NBDs）。這在植物中很少見，研究團隊認為，這個結構可能會讓它能夠更靈活地控制免疫活化或與不同的蛋白進行互動。
透過許多實驗測試，研究團隊證明：沒有 WTN1，WTK3 就無法抗病；但有了 WTN1，WTK3 就會像開關一樣控制它。這兩位根本就是抗病界的黃金拍檔，一個負責偵測病原（WTK3），一個只管執行反應（WTN1）。
研究團隊發現，這兩個蛋白質的合作機制大約是這樣：當病原菌入侵、釋放出效應蛋白（像是 PWT4）時，WTK3 就用它 N 端的 PKF 區域去偵測PWT4並活化。接著，活化的WTK3 用自己 C 端的 Kin II 區與 WTN1 結合，促使 WTN1 聚合成大型蛋白複合體（抗性體）。於是，WTN1 就可以把細胞膜打出導鈣通道，讓鈣離子流入，引發後續的細胞死亡與免疫反應。
簡單來說，WTK3 是掃描系統，WTN1 是保全，一個負責感應，一個負責行動。
研究團隊認為，因為這樣的抗病機制不是最常見的 NLR蛋白，可能比較不容易被病原給破解。事實上，透過測試，研究團隊發現這個系統居然對 93 個來自中國不同地區的白粉病菌株都有效。因此，他們認為可以考慮透過育種來快速導入，或直接用基因編輯製造那個「兩個胺基酸缺失」的突變。
不過可能是因為它太稀有、也太新，因此目前這個神秘突變還沒出現在任何一個現代小麥品系中。未來如果能配合更多的 NLR 或 RLK 類基因，或許可以設計出更穩定的「抗病組合包」，說不定可以「打遍天下無敵手」！
總而言之，這對 WTK3 和 WTN1 的組合，展示了一種嶄新的抗病模式：不是單槍匹馬，而是雙人合作；不是老派 NLR，而是激酶 + NLR 的全新組合。而這整個發現的開始，是一個地方品系！所以，這個研究結果提醒了我們保存地方品系的重要性。地方品系是一個包羅萬象的基因寶庫，埋藏著很多尚未發現的祕密等著我們去解鎖。
參考文獻：
[1] Lu, P., Guo, L., Wang, Z. et al. A rare gain of function mutation in a wheat tandem kinase confers resistance to powdery mildew. Nat Commun 11, 680 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14294-0
[2] Ping Lu et al. ,A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens. Science 387,1418-1424(2025).DOI:10.1126/science.adp5469
