研究人員開創(chuàng)了一種新方法，使他們能夠從野生植物中快速募集抗病基因并將其轉(zhuǎn)移到國內(nèi)作物中。John Innes Center的研究人員與美國和澳大利亞的同事一起開發(fā)了名為AgRenSeq或速度克隆的技術(shù)，以加速對威脅全球糧食作物的病原體的抗擊。

它使研究人員能夠搜索在現(xiàn)代作物的野生近緣種中發(fā)現(xiàn)的抗性基因的遺傳“文庫”，以便他們能夠快速識別與抗病能力相關(guān)的序列。從那里，研究人員可以利用實驗室技術(shù)克隆基因并將其引入國內(nèi)作物的優(yōu)良品種中，以保護(hù)它們免受病原體和害蟲如銹病，白粉病和黑森州蒼蠅的侵害。

通過使作物更具抗病性，AgRenSeq將有助于提高產(chǎn)量并減少農(nóng)藥的使用， John Innes中心的項目負(fù)責(zé)人Brande Wulff博士說。“在我們的工具包中加速克隆意味著精英作物可以變得更有彈性，這意味著更高的產(chǎn)量和減少對殺蟲劑的依賴，以保護(hù)作物，”他說。

“我們已經(jīng)找到了一種方法來掃描作物植物的野生近緣種的基因組，并挑選出我們需要的抗性基因：我們可以在創(chuàng)紀(jì)錄的時間內(nèi)完成。這曾經(jīng)是一個需要10年或15年的過程。就像在大海撈針一樣?，F(xiàn)在我們可以在幾個月內(nèi)克隆這些基因，數(shù)千磅而不是數(shù)百萬。“

今天發(fā)表在“ 自然生物技術(shù) ”雜志上的這項研究表明，AgRenSeq已經(jīng)成功地在小麥的野生近緣種中進(jìn)行了試驗 - 研究人員在幾個月的時間內(nèi)為破壞性莖銹病病原體鑒定并克隆了四種抗性基因。使用傳統(tǒng)方法這個過程很容易花費十年時間。

野生小麥的工作被用作概念的證據(jù)，為保護(hù)許多具有野生親緣作物的作物提供了方法，包括大豆，豌豆，棉花，玉米，馬鈴薯，小麥，大麥，大米，香蕉和可可。

為了尋求更高的產(chǎn)量和其他理想的農(nóng)藝性狀，現(xiàn)代優(yōu)良作物已經(jīng)失去了許多遺傳多樣性，尤其是抗病性。

從野生近緣種中重新引入抗病基因是一種經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)的方法，可以培育更具彈性的作物。然而，使用傳統(tǒng)育種方法將這些基因滲入植物是一個費力的過程。這是因為野生近緣種含有許多不可行的農(nóng)藝性狀，如長代和種子破碎，這使它們與精英品種結(jié)合起來非常困難。

這種新方法將高通量DNA測序與最先進(jìn)的生物信息學(xué)相結(jié)合。

它融合了兩種技術(shù)：協(xié)同遺傳學(xué)，它允許研究人員識別基因組區(qū)域與許多單株植物的抗病性狀之間的關(guān)聯(lián); 和序列捕獲，其允許靶向編碼免疫受體蛋白的基因組的特定區(qū)域。這使其成為全基因組測序的經(jīng)濟(jì)有效的替代方案。

為了測試這種方法，研究小組收集了151株名為Aegilops tauschii的草的多樣性小組。作為現(xiàn)代小麥的祖先，這種野生近緣種在面包小麥中貢獻(xiàn)了D基因組支柱。

人口中含有大量抗擊遺傳多樣性的疾病，這些疾病是由優(yōu)良的馴化品種培育出來的。

研究小組將野生近緣種群與莖銹病病原體接種，并對植物進(jìn)行篩選，以確定那些對該病具有抗性和易感性的植物。通過將這些信息與植物的DNA序列相關(guān)聯(lián)，他們能夠揭示整個群體中功能??抗性基因的身份。

“我們現(xiàn)在擁有的是一個抗病基因庫，我們開發(fā)了一種算法，使研究人員能夠快速掃描該文庫并找到功能性抗性基因，”該論文的第一作者Sanu Arora博士解釋道。

Wulff博士的實驗室還開創(chuàng)了速度育種技術(shù)，該技術(shù)使用增強(qiáng)型LED照明來快速跟蹤作物的遺傳改良。他認(rèn)為AgRenSeq是完美的互補(bǔ)技術(shù)。

“這是夢想的結(jié)晶，是多年工作的結(jié)果。我們的研究結(jié)果表明，AgRenSeq是一種強(qiáng)有力的方案，可以從野生作物相對的遺傳多樣性小組中快速發(fā)現(xiàn)抗性基因，”他說。

“如果明天我們有流行病，我們可以去我們的圖書館并在我們的多樣性小組中接種病原體并挑選抗性基因。利用速度克隆和速度育種，我們可以在幾年內(nèi)將抗性基因傳遞給優(yōu)良品種，如鳳凰從灰燼中升起。“

BBSRC資助的研究今天出現(xiàn)在Nature Biotechnology的文章中：抗性基因是通過序列捕獲和關(guān)聯(lián)遺傳學(xué)從野生作物中克隆出來的。