快速基因克隆技术将改变作物病害的保护

研究人员开创了一种新方法，使他们能够从野生植物中快速募集抗病基因并将其转移到国内作物中。John Innes Center的研究人员与美国和澳大利亚的同事一起开发了名为AgRenSeq或速度克隆的技术，以加速对威胁全球粮食作物的病原体的抗击。

它使研究人员能够搜索在现代作物的野生近缘种中发现的抗性基因的遗传“文库”，以便他们能够快速识别与抗病能力相关的序列。从那里，研究人员可以利用实验室技术克隆基因并将其引入国内作物的优良品种中，以保护它们免受病原体和害虫如锈病，白粉病和黑森州苍蝇的侵害。

通过使作物更具抗病性，AgRenSeq将有助于提高产量并减少农药的使用， John Innes中心的项目负责人Brande Wulff博士说。“在我们的工具包中加速克隆意味着精英作物可以变得更有弹性，这意味着更高的产量和减少对杀虫剂的依赖，以保护作物，”他说。

“我们已经找到了一种方法来扫描作物植物的野生近缘种的基因组，并挑选出我们需要的抗性基因：我们可以在创纪录的时间内完成。这曾经是一个需要10年或15年的过程。就像在大海捞针一样。现在我们可以在几个月内克隆这些基因，数千磅而不是数百万。“

今天发表在“ 自然生物技术 ”杂志上的这项研究表明，AgRenSeq已经成功地在小麦的野生近缘种中进行了试验 - 研究人员在几个月的时间内为破坏性茎锈病病原体鉴定并克隆了四种抗性基因。使用传统方法这个过程很容易花费十年时间。

野生小麦的工作被用作概念的证据，为保护许多具有野生亲缘作物的作物提供了方法，包括大豆，豌豆，棉花，玉米，马铃薯，小麦，大麦，大米，香蕉和可可。

为了寻求更高的产量和其他理想的农艺性状，现代优良作物已经失去了许多遗传多样性，尤其是抗病性。

从野生近缘种中重新引入抗病基因是一种经济和环境可持续的方法，可以培育更具弹性的作物。然而，使用传统育种方法将这些基因渗入植物是一个费力的过程。这是因为野生近缘种含有许多不可行的农艺性状，如长代和种子破碎，这使它们与精英品种结合起来非常困难。

这种新方法将高通量DNA测序与最先进的生物信息学相结合。

它融合了两种技术：协同遗传学，它允许研究人员识别基因组区域与许多单株植物的抗病性状之间的关联; 和序列捕获，其允许靶向编码免疫受体蛋白的基因组的特定区域。这使其成为全基因组测序的经济有效的替代方案。

为了测试这种方法，研究小组收集了151株名为Aegilops tauschii的草的多样性小组。作为现代小麦的祖先，这种野生近缘种在面包小麦中贡献了D基因组支柱。

人口中含有大量抗击遗传多样性的疾病，这些疾病是由优良的驯化品种培育出来的。

研究小组将野生近缘种群与茎锈病病原体接种，并对植物进行筛选，以确定那些对该病具有抗性和易感性的植物。通过将这些信息与植物的DNA序列相关联，他们能够揭示整个群体中功能​​抗性基因的身份。

“我们现在拥有的是一个抗病基因库，我们开发了一种算法，使研究人员能够快速扫描该文库并找到功能性抗性基因，”该论文的第一作者Sanu Arora博士解释道。

Wulff博士的实验室还开创了速度育种技术，该技术使用增强型LED照明来快速跟踪作物的遗传改良。他认为AgRenSeq是完美的互补技术。

“这是梦想的结晶，是多年工作的结果。我们的研究结果表明，AgRenSeq是一种强有力的方案，可以从野生作物相对的遗传多样性小组中快速发现抗性基因，”他说。

“如果明天我们有流行病，我们可以去我们的图书馆并在我们的多样性小组中接种病原体并挑选抗性基因。利用速度克隆和速度育种，我们可以在几年内将抗性基因传递给优良品种，如凤凰从灰烬中升起。“

BBSRC资助的研究今天出现在Nature Biotechnology的文章中：抗性基因是通过序列捕获和关联遗传学从野生作物中克隆出来的。