Nature：黄三文/董莎萌团队发明抗病基因“Plug-in”新策略

摘要：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

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

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。

2025 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。

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。

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 N LR 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。

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。