由致病疫霉菌引發(fā)的馬鈴薯晚疫病曾導致愛爾蘭馬鈴薯饑荒，如今仍是全球糧食安全的重大威脅。大多數(shù)晚疫病抗性（R）基因編碼核苷酸結(jié)合富含亮氨酸重復序列蛋白（NLR），但許多已被侵染馬鈴薯的疫霉菌的快速進化所克服。通過雜交馬鈴薯育種來部署 R 基因，為防治晚疫病提供了一個很有前景的解決方案。
2025 年 10 月 29 日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）黃三文院士團隊與南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院/農(nóng)林生物安全全國重點實驗室董莎萌團隊合作（王路遙、李宏博、柯宇航為論文共同第一作者），在國際頂尖學術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：Plug-in Strategy for Resistance Engineering Inspired by Potato NLRome 的研究論文。
該研究構(gòu)建了馬鈴薯抗病基因資源庫，揭示了識別和輔助兩類抗病基因在序列和功能上的分化特征，并闡明了它們與具有不同進化潛力的病原菌之間的協(xié)同演化規(guī)律。利用比較和演化基因組學，研究團隊挖掘出三個新抗晚疫病基因，并在對其抗病機理的深入解析基礎(chǔ)上提出了“Plug-in（插件式）”抗病育種新策略，為培育持久抗病的馬鈴薯品種開辟了全新路徑。
在這項最新研究中，研究團隊構(gòu)建了來自 31 個野生馬鈴薯和 21 個栽培馬鈴薯基因組的包含 39211 個 NLR 類抗病基因的“馬鈴薯抗病基因組”（NLRome），包括新測序的 7 個對晚疫病具有強抗性的野生馬鈴薯基因組，充分代表了野生和栽培馬鈴薯廣泛的多樣性。這也是目前植物界最完整、規(guī)模最大的抗病基因資源庫。
通過挖掘 NLRome，研究團隊成功克隆了 Rpi-cph1 基因（其同源基因此前僅在美國黑茄中發(fā)現(xiàn)過）和 Rpi-cjm1 基因（一種含 TIR 結(jié)構(gòu)域的晚疫病抗性 NLR）。研究表明，非典型 NLR 整合結(jié)構(gòu)域在 NLRome 中廣泛存在。通過追蹤其進化軌跡，研究團隊鑒定出 Rpi-brk1 基因——該 R 基因通過其重金屬相關(guān)（HMA）結(jié)構(gòu)域識別致病疫霉菌效應(yīng)蛋白。實驗顯示，將 HMA 結(jié)構(gòu)域?qū)腭R鈴薯 NLR R1 基因能拓寬其抗性譜，提示了結(jié)構(gòu)域“插件”（Plug-in）策略可用于設(shè)計抗病性。
“Plug-in”抗病育種策略提高馬鈴薯晚疫病抗性
這些發(fā)現(xiàn)為解決馬鈴薯晚疫病這一全球性難題提供了一個新方案，也為通過比較與進化基因組學發(fā)現(xiàn)抗病基因提供了范式，為抗病基因工程化提供了策略路徑。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09678-5
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