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新的基因检测技术带来了新的 有弹性的超级荞麦

2019-01-24 09:24:48 • 来源：

约翰英纳斯中心(JIC)和塞恩斯伯里实验室(TSL)的科学家开创了一种新的基因检测技术，如果正确配置，可以创造出具有持久抗病能力的新型优质小麦。与TSL的科学家们合作，JIC的Brande Wulff博士开发了名为“MutRenSeq”的新技术，该技术准确地确定了大型植物基因组中抗病基因的位置，并减少了从5中克隆这些基因的时间。到10年，只有两年。在小麦中有效利用这些抗性基因可以提高全球产量，并大大减少对农业化学品应用的需求。

新的基因检测技术带来了新的 有弹性的超级荞麦

抗性基因就像一个简单的锁，可以防止病原体感染植物。随着时间的推移，正如许多育种者和种植者所发现的那样，病原体可以适应克服个体抗性基因并感染植物。一堆多个基因就像一个多杠杆锁，使新病原体更难以逃避作物的防御。

Brande Wulff博士说：“挑战始终是找到足够的抗性基因，以创造有效的多基因'堆叠'，对抗小麦茎锈病和小麦黄锈病等病毒性病原体，如果不加以挑战，可以摧毁世界各地的作物。随着这项新技术的出现，现在可以开发出对这些病原体中的一种或多种具有很强抗性的新品种小麦。“

利用这项技术，科学家们可以非常快速地从作物中找到抗性基因，克隆它们并将多个抗性基因堆叠成一个优良品种。MutRenSeq是一种快速分离抗性基因的三步方法，它基于(i)从抗性野生型小麦植株中产生突变体并鉴定具有抗病性丧失的突变体，(ii)对野生型抗性植物和失去抗性植物的基因组进行测序。最后(iii)比较突变体和野生型中的这些基因，以鉴定导致疾病抗性丧失的确切突变。

Wulff博士与澳大利亚CSIRO农业公司的Drs Evans Lagudah和Sam Periyannan合作，他们使用化学品(EMS)引起抗性野生型小麦植株样本基因组的突变。然后，他们通过用病原体感染突变体群来筛选突变体群体，以鉴定不再具有抗性的突变体。

假设是这些突变体都会共享一个共同基因的突变，这个基因必须是抗性基因。他们将突变体的序列相互比较并寻找重叠。对一个突变体进行测序将鉴定出数百个突变 - 每个突变都表明候选基因。

然而，通过将两个突变体相互比较并寻找重叠，列表从几百个减少到少数几个。

比较三个或更多突变体，使团队能够识别易感小麦植物中仅一个基因的重叠。

Wulff博士说：“通过MutRenSeq，我们可以在大海捞针中找到针头：我们可以通过将124,000个基因归零到单个候选基因来降低寻找抗性基因的复杂性。”

在MutRenSeq的第一次试运行中，Wulff博士的研究小组成功地分离了一个着名的抗性基因 Sr33，其时间比以前通过传统育种技术实现这一目的的时间的一小部分。在此成功之后，研究小组随后克隆了两个重要的茎锈病抗性基因Sr22和Sr45，科学家迄今为止无法成功分离这些基因。根据联合国粮食及农业组织(FAO)的数据，小麦种植面积比任何其他商业作物(约2.4亿公顷)都多，并且仍然是人类最重要的粮食来源。

西方农民依靠杀虫剂来控制小麦中的病原体，但由于担心其对环境的影响，可以使用越来越少的农用化学品。较贫穷国家的农民很少或根本没有这些化学品，很容易受到与疾病有关的损失，这可能导致饥饿和营养不良。

联合国粮食及农业组织(FAO)估计，东非和北非，近东，中亚和南亚的31个国家面临风险，这些国家占全球小麦产量的37%以上，占全球产量的30%。小麦锈病包括Ug99种茎锈病和Yr27黄锈病菌。

农药使用的替代方法是通过将来自其他品种小麦的抗性基因引入优良品种来建立对作物的抗性。

伍尔夫博士说：“找到并克隆这些关键基因到目前为止，就像在大海捞针一样。小麦基因组庞大，包含许多重复。这项新技术将改变这一部分科学过程。

“虽然正确的复杂的小麦基因组堆叠大量基因的下一阶段是不容易的，需要时间，这种新的基因检测技术的出现带来了一个或多个新的优良品种的创建小麦与长等待持久的疾病抵抗力更加接近。“

本论文是将于2016年4月25日星期一在Nature Biotechnology上共同发表的三篇论文之一。另外两篇论文的重点是寻找大豆锈病的新抗性基因(由Peter Van Esse博士，Sainsbury实验室)和马铃薯晚疫病(由塞恩斯伯里实验室的Jonathan Jones教授担任。

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