摘要：马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，也特别怕生病。尤其是又冷又湿的地方，一种名为“晚疫病”的病害就会悄悄入侵。晚疫病由致病疫霉引起，破坏力极强，严重时甚至能让整片农田“全军覆没”。正因如此，农业农村部也把它列入黑名单，是我国《一类农作物病虫害名录》的8个重大病害

马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，也特别怕生病。尤其是又冷又湿的地方，一种名为“晚疫病”的病害就会悄悄入侵。晚疫病由致病疫霉引起，破坏力极强，严重时甚至能让整片农田“全军覆没”。正因如此，农业农村部也把它列入黑名单，是我国《一类农作物病虫害名录》的8个重大病害之一。

晚疫病带来的危急有多严重？据《自然（Nature）》2023年报道，每年在全球造成近百亿美元损失。更棘手的是，引发晚疫病的致病疫霉非常狡猾，变异速度极快，导致现有抗病马铃薯品种纷纷“失效”。科研人员急需找到新型抗病基因，给马铃薯打造更坚固的“免疫盔甲”。

北京时间10月30日零时，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）黄三文团队联手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，在《自然（Nature）》期刊发表了题为“Plug-in Strategy for Resistance Engineering Inspired by Potato NLRome”的研究论文，为解决这一全球性难题提供了一个新方案。

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。更厉害的是，利用比较和演化基因组学，研究团队找到了3个新抗晚疫病基因，并由此提出了“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。

建立目前植物界规模最大、最完整的抗病基因资源库

人类食用马铃薯至少有8000年的历史。可马铃薯育种方式一直依赖遗传背景极其复杂的四倍体品种，想把优良的抗病基因凑到一起，难度堪比大海捞针。为了彻底打破这个瓶颈，中国农科院联合国内外优势单位，发起了一场育种革命——“优薯计划”：用简单的二倍体替代复杂的四倍体，用杂交种子替代薯块繁殖。而打赢对抗晚疫病的战役，也是这场革命中至关重要的一环。

研究团队此前构建了马铃薯的泛基因组图谱，但其中还缺少对高抗晚疫病品种的覆盖。于是，他们这次从头组装了7个高抗晚疫病的野生马铃薯基因组，并结合45个已发表的基因组数据，打造出一个包含近4万个抗病相关基因的“马铃薯NLR免疫基因库”（NLRome），这是目前植物界规模最大、最完整的抗病基因资源库。

通过对海量基因数据进行比较分析，团队发现这些抗病基因可分为两大类型：Type I 和Type II 。前者基因数量多、变异快，像“前线侦察兵”，专门识别卵菌、病毒等快速进化的病原体；后者基因则相对稳定、数量少，更像“信号传令兵”，负责传递防御信号、激活免疫反应。这项研究不仅厘清了抗病基因的进化路径，也为未来预测基因功能提供了重要依据。

克隆3个我国自主知识产权的抗病新基因

借助上述基因库，团队运用比较和演化基因组学方法，成功克隆出3个新型抗晚疫病基因，它们各个各怀绝技：

Rpi-brk1​：携带一个重金属结合域（HMA），能直接识别病原菌的效应蛋白，实现“精准打击”。

​Rpi-cjm1​：首个在马铃薯中发现的TIR型抗晚疫病基因，识别范围广，防护能力更强。

​Rpi-cph1​：首次在野生马铃薯种“心叶茄”中发现，拓展了抗病基因的资源边界。

这项研究不仅挖掘出一批我国自主知识产权的抗病新基因，为作物抗病基因挖掘建立了基因组学范例，还为培育高抗晚疫病的马铃薯品种提供了宝贵的基因“弹药”。

像装软件一样升级作物免疫力

更令人兴奋的是，研究团队开发出一种抗病育种新策略，这种操作类似于为手机安装新功能模块，即插即用，便捷高效。

这种“即插即用”的基因设计思路为快速培育广谱抗病品种提供了全新思路，研究团队将其命名为“结构域插件”（plug-in）育种策略。

随着基因编辑技术的不断发展，这种策略有望成为作物抗病育种的重要工具之一，为应对农作物重大病害、保障全球粮食安全提供强有力的科技支撑。

未来，科研人员可能只需根据病原菌效应子的变异趋势，提前设计抗病“插件”模块，便可设计出持久抗病的作物品种，为农作物抗病育种与基因改良提供新思路和新范式。

基因组所（大鹏湾实验室）黄三文研究员与南京农业大学植物保护学院董莎萌教授为共同通讯作者。基因组所（大鹏湾实验室）副研究员王路遥（原中国农科院与南京农业大学联合培养博士后）、已毕业博士李宏博（现单位山东农业大学园艺学院）、南京农业大学植物保护学院在读博士生柯宇航为论文共同第一作者。中国科学院分子植物科学卓越创新中心万里研究员、基因组所（大鹏湾实验室）周绍群研究员、美国加州大学Davis分校Dinesh-Kumar教授为本研究作出了重要指导。南京农业大学食品科技学院朱萍副教授、基因组所（大鹏湾实验室）博士后李玉营、已出站博士后王培（现工作单位云南农科院），南京农业大学刘好好、李亚洁，中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈京祺参与了此研究。

该研究得到了国家自然科学基金卓越研究群体、重点项目，广东省基础与应用基础研究重点项目和山东省“泰山学者”等项目资助。

来源：读创网