“插件式”抗病育种，为马铃薯装上“杀毒软件”

马铃薯晚疫病是严重威胁粮食安全的重大病害，至今每年仍造成近百亿美元经济损失。由于晚疫病病原菌致病疫霉菌变异迅速，现有抗病基因在育种中逐渐失效，亟需挖掘新型抗性基因资源和革新抗病育种策略。记者4日从南京农业大学获悉，该校植物保护学院教授董莎萌课题组联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文团队构建出目前植物界规模最大的抗病基因资源库，成功克隆了三个新型抗晚疫病基因，提出了基因“插件式”抗病育种新策略。相关成果近日刊发于《自然》。

“马铃薯在生产过程中，长期受晚疫病影响。尽管科学家已从马铃薯野生种中克隆出近30个抗晚疫病基因，但多数已被病原菌‘破防’。”论文共同通讯作者董莎萌说。

此次研究中，科研团队选取7个高抗晚疫病的野生马铃薯种质，采用第三代高保真测序技术完成高质量基因组组装，注释基因完整性高达94.6%—98.3%。

“结合已公开的基因组数据，团队构建了含39211个胞内抗病受体基因的马铃薯泛抗病基因组，这是目前植物界规模最大、覆盖最全的抗病基因资源库。”董莎萌说。

研究进一步将抗病基因划分为两大类：一类基因拷贝数多、变异快，主要识别卵菌、线虫等快速进化病原；另一类基因保守且数量少，多作为“辅助蛋白”参与免疫信号传递。

“基于泛抗病基因组资源，我们成功克隆了三个新型抗晚疫病基因。这些抗病新基因为通过常规育种手段精准设计晚疫病抗性提供了资源支撑。”论文第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所副研究员王路遥说。

更具突破性的是，团队提出“结构域插件”育种策略：将野生马铃薯S.burkartii中发现的抗晚疫病基因的重金属结合相关结构域“嫁接”到已失效的晚疫病抗病基因R1的末端，使R1同时识别病原物分泌蛋白AVR1与AVRbrk1，这成功拓展了R1基因的抗病谱。

“这种‘即插即用’的基因设计思路，为快速创制广谱抗病品种提供了全新路径。”董莎萌认为，此项研究不仅构建了高质量的抗病基因资源库，建立了作物抗病基因挖掘的基因组学范式，更创新性地提出具有前瞻意义的育种策略，有望为全球粮食安全提供理论与技术支撑。