Nature：黄三文/董莎萌团队发明抗病基因“Plug-in”新策略

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来源：生物世界 2025-11-01 13:36
/ M4 ^0 ^1 g  x! j该研究构建了马铃薯抗病基因资源库，揭示了识别和辅助两类抗病基因在序列和功能上的分化特征，并阐明了它们与具有不同进化潜力的病原菌之间的协同演化规律。
+ G. D3 E/ C/ d( f5 Y# p由致病疫霉菌引发的马铃薯晚疫病曾导致爱尔兰马铃薯饥荒，如今仍是全球粮食安全的重大威胁。大多数晚疫病抗性（R）基因编码核苷酸结合富含亮氨酸重复序列蛋白（NLR），但许多已被侵染马铃薯的疫霉菌的快速进化所克服。通过杂交马铃薯育种来部署 R 基因，为防治晚疫病提供了一个很有前景的解决方案。
- `! |9 n4 i, ~5 N2025 年 10 月 29 日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）黄三文院士团队与南京农业大学植物保护学院/农林生物安全全国重点实验室董莎萌团队合作（王路遥、李宏博、柯宇航为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为：Plug-in Strategy for Resistance Engineering Inspired by Potato NLRome 的研究论文。; T5 o, k5 h( H& }0 F+ D( V2 y
该研究构建了马铃薯抗病基因资源库，揭示了识别和辅助两类抗病基因在序列和功能上的分化特征，并阐明了它们与具有不同进化潜力的病原菌之间的协同演化规律。利用比较和演化基因组学，研究团队挖掘出三个新抗晚疫病基因，并在对其抗病机理的深入解析基础上提出了“Plug-in（插件式）”抗病育种新策略，为培育持久抗病的马铃薯品种开辟了全新路径。: A! g/ J' ~& n7 x1 E4 w

; J+ }' Q' h4 _1 S2 y在这项最新研究中，研究团队构建了来自 31 个野生马铃薯和 21 个栽培马铃薯基因组的包含 39211 个 NLR 类抗病基因的“马铃薯抗病基因组”（NLRome），包括新测序的 7 个对晚疫病具有强抗性的野生马铃薯基因组，充分代表了野生和栽培马铃薯广泛的多样性。这也是目前植物界最完整、规模最大的抗病基因资源库。
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7 v1 w9 u5 @( a; d通过挖掘 NLRome，研究团队成功克隆了 Rpi-cph1 基因（其同源基因此前仅在美国黑茄中发现过）和 Rpi-cjm1 基因（一种含 TIR 结构域的晚疫病抗性 NLR）。研究表明，非典型 NLR 整合结构域在 NLRome 中广泛存在。通过追踪其进化轨迹，研究团队鉴定出 Rpi-brk1 基因——该 R 基因通过其重金属相关（HMA）结构域识别致病疫霉菌效应蛋白。实验显示，将 HMA 结构域导入马铃薯 NLR R1 基因能拓宽其抗性谱，提示了结构域“插件”（Plug-in）策略可用于设计抗病性。
- `4 [2 }- A0 [这些发现为解决马铃薯晚疫病这一全球性难题提供了一个新方案，也为通过比较与进化基因组学发现抗病基因提供了范式，为抗病基因工程化提供了策略路径。
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