收获野生基因使作物重新抵抗疾病

全球研究人员联盟开创了一种新方法,可以从野生植物中快速募集抗病基因,转移到国内作物中。该技术有望彻底改变全球食品供应的抗病品种的发展。

这项名为AgRenSeq的技术是由英国John Innes中心的科学家与澳大利亚和美国的同事共同开发的。它今天发表在Nature Biotechnology上。

结果加速了对威胁全球粮食作物的病原体的斗争,包括小麦,大豆,玉米,大米和马铃薯,它们构成人类饮食中的大量谷物。

来自悉尼农业研究所和生命与环境科学学院的Harbans Bariana教授是谷物锈病遗传学的全球专家,也是该论文的共同作者。

他说:“这项技术将为植物中新的疾病抗性来源的快速发现和表征奠定基础。”

目前的研究建立在Bariana教授与CSIRO和John Innes中心之前的协作工作的基础上。它使用由该国际团队克隆的两个小麦基因作为对照,Bariana教授进行了该研究的表型评估。

AgRenSeq允许研究人员搜索在现代作物的野生近缘种中发现的抗性基因库,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。

John Innes中心的作物遗传项目负责人,该研究的主要作者Brande Wulff博士说:“我们已经找到了一种方法来扫描作物植物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。过去这个过程耗时10年或15年,就像在大海捞针一样。

“我们已经完善了这种方法,这样我们就可以在几个月内克隆这些基因,只需数千美元而不是数百万美元。”

该研究表明,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鉴定并克隆了四种抗性基因,用于破坏性茎锈病病原体。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明,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,特别是对于抗病性。

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。

这种新方法将高通量DNA测序与最先进的生物信息学相结合。

“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库并找到功能性抗性基因,”John Innes中心论文的第一作者Sanu Arora博士说。

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

“如果我们有流行病,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。“