馬鈴(ling)薯是重要的(de)糧食作物(wu)，但病蟲害(hai)造成全(quan)球減產約17 %。馬鈴(ling)薯晚疫病是由(you)病原微(wei)生物(wu)致病疫霉（Phytophthora infestans）引(yin)起的(de)(de)(de)(de)，在19世紀40年(nian)代(dai)引(yin)發了(le)愛爾蘭饑荒，至今仍是(shi)對全(quan)球馬鈴薯生產危害(hai)最(zui)大的(de)(de)(de)(de)病(bing)害(hai)。植物免(mian)疫取決于細胞表面模式(shi)識別(bie)(bie)受(shou)體（PRR）和細胞內(nei)免(mian)疫受(shou)體的(de)(de)(de)(de)病(bing)原體識別(bie)(bie)，許(xu)多(duo)抗致病(bing)疫霉的(de)(de)(de)(de)R基因（Rpi基因）均是(shi)從馬鈴薯的(de)(de)(de)(de)野(ye)生近源物種中克隆。
近日，中(zhong)(zhong)國(guo)科學院微生物研究所林嘯研究團(tuan)隊、英國(guo)塞恩斯伯里實驗(yan)室Jonathan D.G. Jones團(tuan)隊、中(zhong)(zhong)國(guo)農(nong)科院農(nong)業基因組研究所黃三文團(tuan)隊和韓國(guo)首爾大學Kee Hoon Sohn團(tuan)隊合作(zuo)，在Nature Genetics在線發(fa)表題為 “Solanum americanumgenome-assisted discovery of immune receptors that detect potato late blight pathogen effectors” 的研究論文。該研究發布了四種光果龍葵（Solanum americanum）種(zhong)質的(de)高質量參考(kao)基(ji)因組，建立了(le)光果(guo)龍葵-致病(bing)疫(yi)霉的(de)效應物觸發免疫(yi)(ETI)互作全局圖(tu)，并成功克隆(long)到(dao)3個(ge)新的(de)馬鈴薯晚疫(yi)病(bing)免疫(yi)受體及其對應的(de)效應子。野生茄(qie)科植物光果龍葵（Solanum americanum）是(shi)馬鈴薯和(he)番茄的(de)近源(yuan)物種，大(da)多(duo)數種質對疫病(bing)具有優良抗(kang)性(xing)，該(gai)研究(jiu)團隊發現光(guang)果龍葵(kui)是(shi)馬鈴薯晚疫病(bing)良好的(de)抗(kang)病(bing)基因(yin)(yin)來(lai)源(yuan)。利用三代(dai)測序(xu)技術對4種具有抗(kang)晚疫病(bing)變異性(xing)的(de)光(guang)果龍葵(kui)種質SP1102，SP2271，SP2273和(he)SP2275進行高質量基因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)組(zu)(zu)(zu)裝(zhuang)和(he)注(zhu)釋。為(wei)了研究(jiu)光(guang)果龍葵(kui)基因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)的(de)進化，對來(lai)自15個基因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)的(de)代(dai)表(biao)性(xing)蛋白質序(xu)列聚類。物種進化樹表(biao)明(ming)，光果龍葵是馬鈴薯和番茄共(gong)同祖(zu)先的姐(jie)妹物(wu)種，并且在大約1410萬年前(qian)分化(hua)出，且(qie)染色體重(zhong)(zhong)排（CR）是一個重(zhong)(zhong)要的進化過程。此外發現光果(guo)龍(long)葵(kui)基因(yin)組之間染色體結構變異（SV）是引起(qi)和維持表型多(duo)樣性的重(zhong)(zhong)要原因(yin)（圖1）。圖1 光果龍葵基(ji)因組的遺傳(chuan)演化(hua)研究(jiu)團隊構建SP1102的NLR蛋白的系統進化樹分析，基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)表達熱圖(tu)，基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)物理(li)圖(tu)譜，發(fa)現71 %的NLR基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)成(cheng)簇分布，多(duo)個已知的NLR基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)相對(dui)高(gao)表達，該團隊手(shou)動注釋(shi)了SP1102，SP2271和SP2273基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)的NLR基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)（圖(tu)2）。此外(wai)構建了20個材(cai)(cai)料的NLR泛基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)，表明(ming)此研究(jiu)中的種質代(dai)表了光果龍葵NLR庫。對(dui)3種材(cai)(cai)料NLR基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)注釋(shi)和NLR泛基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)對(dui)研究(jiu)NLR基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)進化和其他茄(qie)科植(zhi)物ETI的功能研究(jiu)具有重要(yao)作用。圖(tu)2 光果龍葵的NLR泛(fan)基(ji)因組對52份光果龍(long)(long)葵材料(liao)(liao)進行(xing)重(zhong)測(ce)(ce)序(xu)(xu)，52種(zhong)(zhong)種(zhong)(zhong)質可分為四組，該團隊(dui)還利(li)用效(xiao)應(ying)(ying)子組學(Effectoromics)篩選(xuan)技術(shu)，完成了52份光果龍(long)(long)葵材料(liao)(liao)與315個致病疫霉RXLR類(lei)效(xiao)應(ying)(ying)子的ETI互作全局圖（圖3）。最后利(li)用全基因(yin)組關聯分析，BSA測(ce)(ce)序(xu)(xu)和抗病基因(yin)富集(ji)測(ce)(ce)序(xu)(xu)等方法(fa)，成功克隆了三個效(xiao)應(ying)(ying)子的免疫受(shou)體(ti)Rpi-amr4，R02860和R04373。并(bing)利用CRISPR/Cas9基因編(bian)輯獲(huo)得敲除株(zhu)系和煙(yan)草中異(yi)源表達進行抗病基因功能驗證（圖4）。此研究提供了有價值的基因組和遺傳學工具，可促進對馬鈴(ling)薯晚疫病(bing)(bing)和(he)其(qi)他(ta)植物病(bing)(bing)害的了解和(he)培育抗病(bing)(bing)品種(zhong)。圖3 光果龍葵(kui)致病疫霉(mei)的(de)ETI全局(ju)圖圖4 識別PITG_22825的(de)Rpi-amr4的(de)鑒定與(yu)表征—— 參考文獻 ——
Lin, X., Jia, Y., Heal, R., et al. [J]. Nature Genetics, 55, 1579-1588 (2023).
北大荒墾豐種業-澤(ze)泉(quan)科技(ji)生物技(ji)術與表(biao)型(xing)服務中心是由北大(da)荒墾豐種(zhong)業(ye)股份有限公(gong)司和(he)(he)(he)上海澤泉科技股份有限公(gong)司共同(tong)建(jian)設的(de)開(kai)放式高通量(liang)植(zhi)物(wu)基因型-表型-育種(zhong)服(fu)務(wu)平臺(tai)。中心建(jian)立了基因克隆(long)和(he)(he)(he)載體平臺(tai)、作物(wu)轉化系統、基因型分(fen)(fen)析(xi)(xi)平臺(tai)、表型鑒定(ding)分(fen)(fen)析(xi)(xi)平臺(tai)、數據分(fen)(fen)析(xi)(xi)和(he)(he)(he)利(li)用平臺(tai)等現代化生物(wu)技術和(he)(he)(he)信息支持平臺(tai)，是定(ding)位(wei)于為植(zhi)物(wu)科研和(he)(he)(he)作物(wu)育種(zhong)提供植(zhi)物(wu)基因型-表型-育種(zhong)數據分(fen)(fen)析(xi)(xi)的(de)科研服(fu)務(wu)平臺(tai)。
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