文字| 《中国科学报》记者李晨 180年前，一场马铃薯晚疫病席卷了爱尔兰，给以马铃薯为主食的爱尔兰人民带来了毁灭性的灾难，几年内造成数百万人死亡。马铃薯叶子感染了晚疫病。如今，这种被称为“植物瘟疫”的疾病仍然是全球农业的噩梦——尽管全世界马铃薯生产中使用的70%以上的农药都可以控制它，但它每年仍然造成估计100亿美元的损失。近日，中国科学院院士、中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称研究所）研究员黄三文团队与南京资源图书馆、大学大学教授董沙孟团队合作，开发出全球最丰富的疾病基因资源。抗疫病的三个晚期基因我国尚未开通具有自主知识产权的产品。他们还提出了一种新的基因“插件”育种方法，为培育持久抗病品种开辟了新途径。相关研究论文已发表在《Nature》杂志上。这项为期七年的研究在发现晚疫病的领域、提供抗病信息的基因组大数据和确认基因功能的实验库之间架起了一座桥梁，为应对世界粮食安全挑战提供了中国解决方案。在“病巢”建立实验田。爱尔兰大饥荒始于爱尔兰大饥荒，俗称马铃薯饥荒，是一场始于 1845 年并持续多年的灾难。饥荒的主要原因是晚疫病感染，导致大范围的马铃薯腐烂和随后的农作物歉收。这场令人难忘的饥荒也改变了科学发展的轨迹t。 “1845年爱尔兰的大饥荒是植物病理学研究的起点。”论文共同通讯作者董沙萌告诉中国科学报，这场灾难促使人们真正系统地研究作物病害，开启了现代植物病理学时代。然而，180年后的今天，马铃薯晚疫病仍然是联合国粮食及农业组织认定的全球主要农作物病害之一。“某种程度上，这是因为致病疫霉是马铃薯晚疫病的病原，具有独特的生物学特性。”董沙孟解释说，“直到19年前，人们完成了致病疫霉近亲的基因组测序，发现这类病原菌并不是传统认为的真菌或细菌，而是卵菌，是一种特殊的真核生物，可以进行有性繁殖。比如，它们的细胞壁是由纤维素组成的。d 凤琼中的甲壳素。 “这一发现彻底改变了马铃薯防治策略，这也是传统防治方法对晚疫病无效的原因。”论文第一作者、华大基因组研究所副研究员董沙孟斯鲁尧表示，马铃薯晚疫病基因组中含有大量转座子，使其不稳定。又一个。 “大约一百年前，荷兰、英国、美国的研究人员特意将野生马铃薯的抗病基因引入到栽培马铃薯品种中。目前，全球范围内已克隆了20多个晚疫病抗病基因，全部来自国外团队。然而，一些抗病基因在马铃薯产业中已经失效，其他抗病基因真正投入使用还需要一段时间。”目前农业育种中使用的抗病基因正在迅速丧失其功能，迫切需要进一步挖掘新的晚期抗病基因资源。论文共同通讯作者三文告诉中国科学报，中国农科院联合国内外上级单位启动的“马铃薯大工程”提出了以二倍体代替四倍体、以杂交种子代替块茎繁殖的策略，基础改变了市场，改变了繁殖方式。 “好马铃薯工程”湖北气候凉爽多雾，特别适宜马铃薯晚疫病菌的生存。当这些材料被放置在田间时，它们自然会受到毒力变异很大的当地晚疫病病原菌的攻击。这种环境很难在实验室中模拟。只有能抵御病虫害的品种，这个国家才有希望。 “董沙蒙团队决定在这里设置‘最严密的检验室’——将97份马铃薯材料直接暴露于自然环境，面临众多病原菌运动的围攻，筛选抗性材料。‘病巢’在田间表现各异，在其中发现抗性基因，很难用于育种。——在实验室验证接种情况。”王璐瑶说。 “传统育种需要经过几代培育出大量的抗病群体，并从中寻找抗病基因。但常见的四倍体基因组复杂，无性繁殖的特点使得这种传统方法变得无用武之地。”董沙孟说。他和黄三文都坚信基因组大数据可以帮助他们找到一条不同的出路。“与传统方法不同，我们选择直接在基因组中寻找‘线索’。”黄三文说，主要创新该研究的重点是直接利用先进的基因组学技术，通过筛选抗病材料，从海量遗传数据中寻找模式和答案。 “我们没有建立传统的杂交群体，而是大胆地利用野生材料的基因组直接进行关联分析。” “这种创新方法大大缩短了基因周期。在这张“图谱”的指导下，他们成功找到了一种全新的晚疫病抗性。产生特殊免疫信号的HMA就像杀毒软件的“插件”一样进行育种，即依靠基因组大数据分析，直接高效地挖掘关键基因。黄三文说。既然“插件”HMA可以准确识别致病疫霉，那么将在无效的抗性中添加这个“插件”基因恢复抗性？我国种植的马铃薯中存在一种晚期抗病基因R1，由于上个世纪的病原菌突变而丧失了对该病的抗性。恩图里。当研究人员尝试在R1中安装-BRK1的HMA“插件”时使用RPI时，失去抵抗力的基因获得了重生，重新获得了对疾病的有效抵抗力。实验中，修饰后的R1基因成为新的抗病基因，不仅保持了原有病原菌蛋白AVR1的预识别，而且获得了新的识别谱。基因就像手机。我们发现功能模块是即插即用的。 ”黄三文说。“插件”策略的提出，为广谱、长期抗病品种的设计提供了巧妙的新解决方案。这意味着，未来科学家可以通过编辑技术，在农作物上精准安装各种抗病“插件”，比如差异化的乐高积木，使其反应更灵敏，更能适应持续变化。这是通过“插件”实现农作物抗性的重要尝试和验证。基于机器学习的距离预测模型。未来，它将结合人工智能技术，实现“插件”域的直接进化，使其能够识别更多类型的病原菌信号分子。 “我们不再用‘钓鱼法’单独寻找基因，而是用‘雷达’扫描整个基因海洋，用‘导弹’精确追踪病原菌。”相关论文信息：https://doi.org/10.1038/S41586-025-09678-5《中国科学杂志》（2025-11-04 1ST EDITION MOSTIME NEWS重要新闻）