Nature Genetics | 中英韩研究团队合作解析光果龙葵基因组，并克隆多个马铃薯晚疫病新受体

近日，英国The Sainsbury Laboratory研究所（TSL）Jonathan D. G. Jones院士团队、中国农科院农业基因组研究所黄三文团队、韩国首尔大学的Kee Hoon Sohn团队和中国科学院微生物研究所的林啸团队合作在Nature Genetics杂志发表题为Solanum americanum genome-assisted discovery of immune receptors that detect potato late blight pathogen effectors的研究论文。该研究解析了四份光果龙葵 (Solanum americaum) 材料的高质量参考基因组，建立了光果龙葵-致病疫霉的ETI (Effector-Triggered Immunity) 全景图，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病原无毒蛋白。

马铃薯晚疫病由卵菌（Oomycete）病原微生物致病疫霉 (Phytophthora infestans) 引起，曾经于1845年造成过爱尔兰大饥荒，导致超过100万人死亡。如今，马铃薯晚疫病仍然在世界范围内流行，因此快速克隆具有广谱、持久抗性的抗病基因对晚疫病的防治至关重要。

英国TSL研究所的Jonathan Jones团队发现野生的茄科植物光果龙葵 (Solanum americanum) 是马铃薯晚疫病抗性的理想来源，前期已从不同的抗病光果龙葵材料中克隆到两个马铃薯晚疫病抗病蛋白Rpi-amr1和Rpi-amr3 (Witek et al., 2016; Witek*, Lin* and Karki* et al., 2021) ，并找到了致病菌 Phytophthora infestans中被Rpi-amr1和Rpi-amr3分别识别的效应因子AVRamr1和AVRamr3 (Lin et al., 2020; Lin et al., 2022) 。还进一步解析了Rpi-amr1和Rpi-amr3依赖NRC的激活机制 （Ahn and Lin et al., 2023） 。

为了继续发掘光果龙葵中的马铃薯晚疫病抗性基因，研究团队从世界范围内收集了54份光果龙葵材料，完成了所有材料晚疫病抗性的表型鉴定，利用三代测序技术完成了4份材料的高质量基因组组装和注释，并进行了比较基因组学等分析。为了深入理解光果龙葵的抗性，研究团队手工注释了三个参考基因组中的所有NB-LRR类抗病基因并利用抗病基因富集测序 (SMRT-RenSeq) 技术完成了20份材料的抗病基因组。研究团队还利用效应子组学 (Effectoromics) 的筛选技术，完成了315个致病疫霉RXLR类效应子x 52份光果龙葵材料的ETI互作全景图。最后，研究团队结合了这些基因型和表型数据，成功克隆了三个新的NLR类植物免疫受体Rpi-amr4, R02860和R04373以及病原中对应的无毒蛋白。这个工作不仅加速了马铃薯晚疫病抗性的研究，还为高通量的植物抗病基因克隆提供了范式。

英国The Sainsbury Laboratory研究所Jonathan D.G. Jones教授、中国农科院农业基因组研究所黄三文研究员、韩国首尔大学Kee Hoon Sohn教授和中国科学院微生物研究所林啸研究员为共同通讯作者。中国科学院微生物研究所林啸研究员 (原英国TSL研究所博士后) 和云南师范大学贾玉鑫博士（原中国农科院基因组所博士后）为共同第一作者。这个工作得到了国内外多个基金的资助。

林啸博士(左)和贾玉鑫博士（右）的合影（2023年5月，拍摄于昆明，云南师范大学）。

参考文献：

Lin, X., Olave-Achury, A., Heal, R., et al. (2022) A potato late blight resistance gene protects against multiple Phytophthora species by recognizing a broadly conserved RXLR-WY effector. Molecular Plant, 15, 1457–1469.

Lin, X., Song, T., Fairhead, S., et al. (2020) Identification of Avramr1 from Phytophthora infestans using long read and cDNA pathogen‐enrichment sequencing (PenSeq). Molecular Plant Pathology, 21, 1502–1512.

Witek, K., Jupe, F., Witek, A.I., Baker, D., Clark, M.D. and Jones, J.D.G. (2016) Accelerated cloning of a potato late blight–resistance gene using RenSeq and SMRT sequencing. Nature Biotechnology, 34, 656–660.

Witek, K., Lin, X., Karki, H.S., et al. (2021) A complex resistance locus in Solanum americanum recognizes a conserved Phytophthora effector. NPLANTS, 7, 198–208.

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41588-023-01486-9