最近，英國(guó)劍橋大學(xué)塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室（TSL）和基因組分析中心(TGAC)的一個(gè)科學(xué)家小組，開發(fā)出一種新方法，可加速植物抗病基因的分離。該研究小組也在龍葵（Solanum americanum，馬鈴薯的一個(gè)野生近緣種）中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的枯萎病抗性基因。

植物病原體（如晚疫病）能夠快速進(jìn)化以戰(zhàn)勝宿主的抗性基因，因此科學(xué)家們一直在尋找新的抗性基因。TSL的Jonathan Jones教授和他實(shí)驗(yàn)室的同事們，開創(chuàng)了一種新技術(shù)，叫做“SMRT RenSeq”，并認(rèn)為這將大大減少定義新抗性基因所花費(fèi)的時(shí)間。

該研究小組計(jì)劃把幾個(gè)抗性基因?qū)胍环N植物中，使病原體更難演變?yōu)榭朔@種植物的防御系統(tǒng)。希望這項(xiàng)新技術(shù)將提高商業(yè)作物收成，并將帶來(lái)更高的產(chǎn)量，顯著減少對(duì)環(huán)境的影響，并最終降低生產(chǎn)者和消費(fèi)者的成本。

馬鈴薯晚疫病仍然是土豆和番茄生產(chǎn)的一個(gè)主要威脅，全球農(nóng)作物損失估計(jì)超過(guò)35億英鎊。每年，英國(guó)土豆種植者在預(yù)防措施和作物損失上的成本約為5500萬(wàn)英鎊，農(nóng)場(chǎng)枯萎病管理可能占馬鈴薯生產(chǎn)總成本的一半。

管理這種病害，需要頻繁應(yīng)用殺菌劑，這不僅帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)成本，而且也污染環(huán)境。遺傳抗性可被引入作物物種中，這減少了化學(xué)噴灑的需要。然而，使用傳統(tǒng)育種技術(shù)引入遺傳抗性，是漫長(zhǎng)和艱苦的。

新的植物抗病基因的來(lái)源很難找到。TSL研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了野生馬鈴薯近緣種Solanum americanum，其攜帶著幾個(gè)抗性基因，研究人員通過(guò)使用新技術(shù)，迅速分離出一個(gè)新的抗性基因——Rpi-amr3。

SMRT RenSeq，通過(guò)將兩種測(cè)序技術(shù)——“RenSeq”(抗性基因ENrichment SEQuencing)和“SMRT”(單分子實(shí)時(shí)測(cè)序)相結(jié)合，讓尋找、定義和引入遺傳抗性的過(guò)程，更快和更容易。相關(guān)閱讀：諾獎(jiǎng)得主談單分子實(shí)時(shí)測(cè)序的優(yōu)勢(shì)[心得點(diǎn)評(píng)]；單分子實(shí)時(shí)測(cè)序技術(shù)幫助大猩猩上頭條。

該技術(shù)包括兩個(gè)主要步驟：

1、使用一種方法“捕獲”一小部分的DNA序列，這種方法可選擇帶有一段序列（通常與抗性基因相關(guān)）的長(zhǎng)DNA分子。

2。這些DNA分子經(jīng)過(guò)了多次測(cè)序，以確保使用新型長(zhǎng)讀取SMART技術(shù)，能夠盡可能準(zhǔn)確地確定序列代碼。

這將為每個(gè)候選抗性基因產(chǎn)生非?？煽康?/span>DNA序列。結(jié)果的遺傳分析使得研究團(tuán)隊(duì)能夠定義哪些候選基因與枯萎病抗性有關(guān)。這之后，SMRT RenSeq方法也使研究團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別和定義調(diào)控抗性基因的基因組部分。幾個(gè)候選基因被引入一種模式植物中，其中一個(gè)(Rpi-amr3)成功地提供了廣泛的抗枯萎性。TGAC的Platforms & Pipelines小組在David Baker的帶領(lǐng)下，進(jìn)行了測(cè)序。

Jonathan Jones教授說(shuō)：“設(shè)計(jì)抗病基因?qū)胱魑?，是一?xiàng)持續(xù)的戰(zhàn)斗，以走在新的疾病菌株出現(xiàn)之前，科學(xué)家一直都在研究如何加速這一過(guò)程。這項(xiàng)新技術(shù)可以顯著減少分離候選抗性基因的時(shí)間和成本，這對(duì)于馬鈴薯和其他作物中的其他理想性狀，也有很大的應(yīng)用潛力。”

TGAC項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和TGAC植物與微生物基因組學(xué)組長(zhǎng)Matt Clark博士說(shuō)：“我們種植的土豆和西紅柿，非常容易出現(xiàn)馬鈴薯晚疫病，數(shù)千年來(lái)的選擇性育種，帶來(lái)了巨大的遺傳變異的損失。然而，在近緣野生種中，我們可以找到這種病原體的自然抗性。發(fā)現(xiàn)和使用來(lái)自近緣野生種的抗病基因，對(duì)于防御作物的病原體是至關(guān)重要的。這種技術(shù)加速了這個(gè)過(guò)程，我們希望，這將有助于減少作物因疾病造成的損失。”