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馬鈴薯晚疫病是嚴重威脅糧食安全的重大病害，至今每年仍造成近百億美元經濟損失。由于晚疫病病原菌致病疫霉菌變異迅速，現有抗病基因在育種中逐漸失效，亟需挖掘新型抗性基因資源和革新抗病育種策略。記者4日從南京農業大學獲悉，該校植物保護學院教授董莎萌課題組聯合中國農業科學院深圳農業基因組研究所研究員黃三文團隊構建出目前植物界規模最大的抗病基因資源庫，成功克隆了三個新型抗晚疫病基因，提出了基因“插件式”抗病育種新策略。相關成果近日刊發于《自然》。

“馬鈴薯在生產過程中，長期受晚疫病影響。盡管科學家已從馬鈴薯野生種中克隆出近30個抗晚疫病基因，但多數已被病原菌‘破防’?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡叨日f。

此次研究中，科研團隊選取7個高抗晚疫病的野生馬鈴薯種質，采用第三代高保真測序技術完成高質量基因組組裝，注釋基因完整性高達94.6%—98.3%。

“結合已公開的基因組數據，團隊構建了含39211個胞內抗病受體基因的馬鈴薯泛抗病基因組，這是目前植物界規模最大、覆蓋最全的抗病基因資源庫。”董莎萌說。

研究進一步將抗病基因劃分為兩大類：一類基因拷貝數多、變異快，主要識別卵菌、線蟲等快速進化病原；另一類基因保守且數量少，多作為“輔助蛋白”參與免疫信號傳遞。

“基于泛抗病基因組資源，我們成功克隆了三個新型抗晚疫病基因。這些抗病新基因為通過常規育種手段精準設計晚疫病抗性提供了資源支撐?！闭撐牡谝蛔髡?、中國農業科學院深圳農業基因組研究所副研究員王路遙說。

更具突破性的是，團隊提出“結構域插件”育種策略：將野生馬鈴薯S.burkartii中發現的抗晚疫病基因的重金屬結合相關結構域“嫁接”到已失效的晚疫病抗病基因R1的末端，使R1同時識別病原物分泌蛋白AVR1與AVRbrk1，這成功拓展了R1基因的抗病譜。

“這種‘即插即用’的基因設計思路，為快速創制廣譜抗病品種提供了全新路徑?！倍日J為，此項研究不僅構建了高質量的抗病基因資源庫，建立了作物抗病基因挖掘的基因組學范式，更創新性地提出具有前瞻意義的育種策略，有望為全球糧食安全提供理論與技術支撐。