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馬鈴薯晚疫病是嚴(yán)重威脅糧食安全的重大病害，至今每年仍造成近百億美元經(jīng)濟(jì)損失。由于晚疫病病原菌致病疫霉菌變異迅速，現(xiàn)有抗病基因在育種中逐漸失效，亟需挖掘新型抗性基因資源和革新抗病育種策略。記者4日從南京農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，該校植物保護(hù)學(xué)院教授董莎萌課題組聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員黃三文團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出目前植物界規(guī)模最大的抗病基因資源庫(kù)，成功克隆了三個(gè)新型抗晚疫病基因，提出了基因“插件式”抗病育種新策略。相關(guān)成果近日刊發(fā)于《自然》。

“馬鈴薯在生產(chǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)期受晚疫病影響。盡管科學(xué)家已從馬鈴薯野生種中克隆出近30個(gè)抗晚疫病基因，但多數(shù)已被病原菌‘破防’?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡叨日f(shuō)。

此次研究中，科研團(tuán)隊(duì)選取7個(gè)高抗晚疫病的野生馬鈴薯種質(zhì)，采用第三代高保真測(cè)序技術(shù)完成高質(zhì)量基因組組裝，注釋基因完整性高達(dá)94.6%—98.3%。

“結(jié)合已公開的基因組數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了含39211個(gè)胞內(nèi)抗病受體基因的馬鈴薯泛抗病基因組，這是目前植物界規(guī)模最大、覆蓋最全的抗病基因資源庫(kù)?！倍日f(shuō)。

研究進(jìn)一步將抗病基因劃分為兩大類：一類基因拷貝數(shù)多、變異快，主要識(shí)別卵菌、線蟲等快速進(jìn)化病原；另一類基因保守且數(shù)量少，多作為“輔助蛋白”參與免疫信號(hào)傳遞。

“基于泛抗病基因組資源，我們成功克隆了三個(gè)新型抗晚疫病基因。這些抗病新基因?yàn)橥ㄟ^(guò)常規(guī)育種手段精準(zhǔn)設(shè)計(jì)晚疫病抗性提供了資源支撐?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員王路遙說(shuō)。

更具突破性的是，團(tuán)隊(duì)提出“結(jié)構(gòu)域插件”育種策略：將野生馬鈴薯S.burkartii中發(fā)現(xiàn)的抗晚疫病基因的重金屬結(jié)合相關(guān)結(jié)構(gòu)域“嫁接”到已失效的晚疫病抗病基因R1的末端，使R1同時(shí)識(shí)別病原物分泌蛋白AVR1與AVRbrk1，這成功拓展了R1基因的抗病譜。

“這種‘即插即用’的基因設(shè)計(jì)思路，為快速創(chuàng)制廣譜抗病品種提供了全新路徑?！倍日J(rèn)為，此項(xiàng)研究不僅構(gòu)建了高質(zhì)量的抗病基因資源庫(kù)，建立了作物抗病基因挖掘的基因組學(xué)范式，更創(chuàng)新性地提出具有前瞻意義的育種策略，有望為全球糧食安全提供理論與技術(shù)支撐。