新測序技術將加快植物抗病育種

日期：2016-04-25 09:23:33

最近，英國劍橋大學塞恩斯伯里實驗室（TSL）和基因組分析中心(TGAC)的一個科學家小組，開發出一種新方法，可加速植物抗病基因的分離。該研究小組也在龍葵（Solanum americanum，馬鈴薯的一個野生近緣種）中發現了一個全新的枯萎病抗性基因。

植物病原體（如晚疫病）能夠快速進化以戰勝宿主的抗性基因，因此科學家們一直在尋找新的抗性基因。TSL的Jonathan Jones教授和他實驗室的同事們，開創了一種新技術，叫做“SMRT RenSeq”，并認為這將大大減少定義新抗性基因所花費的時間。

該研究小組計劃把幾個抗性基因導入一種植物中，使病原體更難演變為克服這種植物的防御系統。希望這項新技術將提高商業作物收成，并將帶來更高的產量，顯著減少對環境的影響，并最終降低生產者和消費者的成本。

馬鈴薯晚疫病仍然是土豆和番茄生產的一個主要威脅，全球農作物損失估計超過35億英鎊。每年，英國土豆種植者在預防措施和作物損失上的成本約為5500萬英鎊，農場枯萎病管理可能占馬鈴薯生產總成本的一半。

管理這種病害，需要頻繁應用殺菌劑，這不僅帶來巨大的經濟成本，而且也污染環境。遺傳抗性可被引入作物物種中，這減少了化學噴灑的需要。然而，使用傳統育種技術引入遺傳抗性，是漫長和艱苦的。

新的植物抗病基因的來源很難找到。TSL研究團隊調查了野生馬鈴薯近緣種Solanum americanum，其攜帶著幾個抗性基因，研究人員通過使用新技術，迅速分離出一個新的抗性基因——Rpi-amr3。

SMRT RenSeq，通過將兩種測序技術——“RenSeq”(抗性基因ENrichment SEQuencing)和“SMRT”(單分子實時測序)相結合，讓尋找、定義和引入遺傳抗性的過程，更快和更容易。相關閱讀：諾獎得主談單分子實時測序的優勢[心得點評]；單分子實時測序技術幫助大猩猩上頭條。

該技術包括兩個主要步驟：

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）的長DNA分子。

2。這些DNA分子經過了多次測序，以確保使用新型長讀取SMART技術，能夠盡可能準確地確定序列代碼。

這將為每個候選抗性基因產生非常可靠的DNA序列。結果的遺傳分析使得研究團隊能夠定義哪些候選基因與枯萎病抗性有關。這之后，SMRT RenSeq方法也使研究團隊能夠識別和定義調控抗性基因的基因組部分。幾個候選基因被引入一種模式植物中，其中一個(Rpi-amr3)成功地提供了廣泛的抗枯萎性。TGAC的Platforms & Pipelines小組在David Baker的帶領下，進行了測序。

Jonathan Jones教授說：“設計抗病基因導入作物，是一項持續的戰斗，以走在新的疾病菌株出現之前，科學家一直都在研究如何加速這一過程。這項新技術可以顯著減少分離候選抗性基因的時間和成本，這對于馬鈴薯和其他作物中的其他理想性狀，也有很大的應用潛力。”

TGAC項目負責人和TGAC植物與微生物基因組學組長Matt Clark博士說：“我們種植的土豆和西紅柿，非常容易出現馬鈴薯晚疫病，數千年來的選擇性育種，帶來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。發現和使用來自近緣野生種的抗病基因，對于防御作物的病原體是至關重要的。這種技術加速了這個過程，我們希望，這將有助于減少作物因疾病造成的損失。”