Agricultural crops benefit from resistance to pathogens that endures over years and generations of both pest and crop. Durable disease resistance, which may be partial or complete, can be controlled by several genes. Some of the most devastating fungal pathogens in wheat are leaf rust, stripe rust, and powdery mildew. The wheat gene Lr34 has supported resistance to these pathogens for more than 50 years. Lr34 is now shared by wheat cultivars around the world. Here, we show that the LR34 protein resembles adenosine triphosphate–binding cassette transporters of the pleiotropic drug resistance subfamily. Alleles of Lr34 conferring resistance or susceptibility differ by three genetic polymorphisms. The Lr34 gene, which functions in the adult plant, stimulates senescence-like processes in the flag leaf tips and edges.

As the staple food for 35% of the world's population, wheat is one of the most important crop species. To date, sequence-based tools to accelerate wheat improvement are lacking. As part of the international effort to sequence the 17–billion–base-pair hexaploid bread wheat genome (2 n = 6 x = 42 chromosomes), we constructed a bacterial artificial chromosome (BAC)–based integrated physical map of the largest chromosome, 3B, that alone is 995 megabases. A chromosome-specific BAC library was used to assemble 82% of the chromosome into 1036 contigs that were anchored with 1443 molecular markers, providing a major resource for genetic and genomic studies. This physical map establishes a template for the remaining wheat chromosomes and demonstrates the feasibility of constructing physical maps in large, complex, polyploid genomes with a chromosome-based approach.

The locus Lr34/Yr18/Pm38 confers partial and durable resistance against the devastating fungal pathogens leaf rust, stripe rust, and powdery mildew. In previous studies, this broad-spectrum resistance was shown to be controlled by a single gene which encodes a putative ATP-binding cassette transporter. Alleles of resistant and susceptible cultivars differed by only three sequence polymorphisms and the same resistance haplotype was found in the three independent breeding lineages of Lr34/Yr18/Pm38. Hence, we used these conserved sequence polymorphisms as templates to develop diagnostic molecular markers that will assist selection for durable multi-pathogen resistance in breeding programs. Five allele-specific markers (cssfr1-cssfr5) were developed based on a 3 bp deletion in exon 11 of the Lr34-gene, and one marker (cssfr6) was derived from a single nucleotide polymorphism in exon 12. Validation of reference genotypes, well characterized for the presence or absence of the Lr34/Yr18/Pm38 resistance locus, demonstrated perfect diagnostic values for the newly developed markers. By testing the new markers on a larger set of wheat cultivars, a third Lr34 haplotype, not described so far, was discovered in some European winter wheat and spelt material. Some cultivars with uncertain Lr34 status were re-assessed using the newly derived markers. Unambiguous identification of the Lr34 gene aided by the new markers has revealed that some wheat cultivars incorrectly postulated as having Lr34 may possess as yet uncharacterised loci for adult plant leaf and stripe rust resistance.

A method for rapid cloning of plant disease-resistance genes could provide sustainable, genetic solutions to crop pests and pathogens in place of agrichemicals. Wild relatives of domesticated crop species harbor multiple, diverse, disease resistance (R) genes that could be used to engineer sustainable disease control. However, breeding R genes into crop lines often requires long breeding timelines of 5–15 years to break linkage between R genes and deleterious alleles (linkage drag). Further, when R genes are bred one at a time into crop lines, the protection that they confer is often overcome within a few seasons by pathogen evolution1. If several cloned R genes were available, it would be possible to pyramid R genes2 in a crop, which might provide more durable resistance1. We describe a three-step method (MutRenSeq)-that combines chemical mutagenesis with exome capture and sequencing for rapid R gene cloning. We applied MutRenSeq to clone stem rust resistance genes Sr22 and Sr45 from hexaploid bread wheat. MutRenSeq can be applied to other commercially relevant crops and their relatives, including, for example, pea, bean, barley, oat, rye, rice and maize.

Bread wheat (Triticum aestivum) has a greater ability to exclude Na+ from its leaves and is more salt tolerant than durum wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum [Desf.]). A novel durum wheat, Line 149, was found to contain a major gene for Na+ exclusion, Nax2, which removes Na+ from the xylem in the roots and leads to a high K+-to-Na+ ratio in the leaves. Nax2 was mapped to the distal region on chromosome 5AL based on linkage to microsatellite markers. The Nax2 locus on 5AL coincides with the locus for a putative Na+ transporter, HKT1;5 (HKT8). The Nax2 region on 5AL is homoeologous to the region on chromosome 4DL containing the major Na+ exclusion locus in bread wheat, Kna1. A gene member of the HKT1;5 family colocates to the deletion bin containing Kna1 on chromosome 4DL. This work provides evidence that Nax2 and Kna1 are strongly associated with HKT1;5 genes.

Resistance May Not Be Futile Recently, Ug99, a particularly devastating strain of wheat stem rust fungus, has emerged, which could potentially threaten food security. Now, two genes have been cloned that offer resistance to Ug99. Saintenac et al. (p. 783 , published online 27 June) cloned Sr35 from Triticum monococcum , a diploid wheat species not often cultivated. Periyannan et al. (p. 786 , published online 27 June) cloned Sr33 from Aegilops tauschii , a diploid wild grass that contributed to the hexaploid genome of cultivated wheat. The genes both encode proteins that show features typical of other disease resistance proteins and offer opportunities to slow the pace of Ug99 progression.

Disease resistance (R) genes from wild relatives could be used to engineer broad-spectrum resistance in domesticated crops. We combined association genetics with R gene enrichment sequencing (AgRenSeq) to exploit pan-genome variation in wild diploid wheat and rapidly clone four stem rust resistance genes. AgRenSeq enables R gene cloning in any crop that has a diverse germplasm panel.