马铃薯是重要的粮食作物，但病虫害造成全球减产约17 %。马铃薯晚疫病是由病原微生物致病疫霉（Phytophthora infestans）引起的，在19世纪40年代引发了爱尔兰饥荒，至今仍是对全球马铃薯生产危害最大的病害。植物免疫取决于细胞表面模式识别受体（PRR）和细胞内免疫受体的病原体识别，许多抗致病疫霉的R基因（Rpi基因）均是从马铃薯的野生近源物种中克隆。
近日，中国科学院微生物研究所林啸研究团队、英国塞恩斯伯里实验室Jonathan D.G. Jones团队、中国农科院农业基因组研究所黄三文团队和韩国首尔大学Kee Hoon Sohn团队合作，在Nature Genetics在线发表题为 “Solanum americanumgenome-assisted discovery of immune receptors that detect potato late blight pathogen effectors” 的研究论文。该研究发布了四种光果龙葵（Solanum americanum）种质的高质量参考基因组，建立了光果龙葵-致病疫霉的效应物触发免疫(ETI)互作全局图，并成功克隆到3个新的马铃薯晚疫病免疫受体及其对应的效应子。野生茄科植物光果龙葵（Solanum americanum）是马铃薯和番茄的近源物种，大多数种质对疫病具有优良抗性，该研究团队发现光果龙葵是马铃薯晚疫病良好的抗病基因来源。利用三代测序技术对4种具有抗晚疫病变异性的光果龙葵种质SP1102，SP2271，SP2273和SP2275进行高质量基因组组装和注释。为了研究光果龙葵基因组的进化，对来自15个基因组的代表性蛋白质序列聚类。物种进化树表明，光果龙葵是马铃薯和番茄共同祖先的姐妹物种，并且在大约1410万年前分化出，且染色体重排（CR）是一个重要的进化过程。此外发现光果龙葵基因组之间染色体结构变异（SV）是引起和维持表型多样性的重要原因（图1）。研究团队构建SP1102的NLR蛋白的系统进化树分析，基因表达热图，基因组物理图谱，发现71 %的NLR基因成簇分布，多个已知的NLR基因相对高表达，该团队手动注释了SP1102，SP2271和SP2273基因组的NLR基因（图2）。此外构建了20个材料的NLR泛基因组，表明此研究中的种质代表了光果龙葵NLR库。对3种材料NLR基因注释和NLR泛基因组对研究NLR基因进化和其他茄科植物ETI的功能研究具有重要作用。对52份光果龙葵材料进行重测序，52种种质可分为四组，该团队还利用效应子组学(Effectoromics)筛选技术，完成了52份光果龙葵材料与315个致病疫霉RXLR类效应子的ETI互作全局图（图3）。最后利用全基因组关联分析，BSA测序和抗病基因富集测序等方法，成功克隆了三个效应子的免疫受体Rpi-amr4，R02860和R04373。并利用CRISPR/Cas9基因编辑获得敲除株系和烟草中异源表达进行抗病基因功能验证（图4）。此研究提供了有价值的基因组和遗传学工具，可促进对马铃薯晚疫病和其他植物病害的了解和培育抗病品种。图4 识别PITG_22825的Rpi-amr4的鉴定与表征—— 参考文献 ——
Lin, X., Jia, Y., Heal, R., et al. Solanum americanum genome-assisted discovery of immune receptors that detect potato late blight pathogen effectors[J]. Nature Genetics, 55, 1579-1588 (2023).
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