光果龙葵基因组助力马铃薯晚疫病抗性基因的挖掘


参考文献

Lin X, Jia Y, Heal R, et al. Solanum americanum genome-assisted discovery of immune receptors that detect potato late blight pathogen effectors[J]. Nature Genetics, 2023: 1-10.

研究背景

马铃薯晚疫病是由Phytophthora infestans引起的,曾经造成了爱尔兰大饥荒。有意思的是,同属于茄科的光果龙葵Solanum americanum对致病疫霉基本上都有很好的抗性。

幻灯片2

4个光果龙葵基因组组装

要有效且准确地挖掘抗性基因,那么高质量的基因组是必不可少的。作者选了四个具有代表性的光果龙葵进行基因组组装,三个挂载到染色体水平。获得了高质量的参考基因组。

光果龙葵的基因组进化分析

将组装的4个光果龙葵和马铃薯、番茄及其他几个茄科植物进行系统发育分析,同时以拟南芥作为外群。从系统发育树上可以明显看出光果龙葵与其他的茄科植物有着明显的差异。进一步对染色体重排进行分析发现除了2号染色体外,其他的染色体之间都存在着明显的染色体重排现象。

光果龙葵的NLR图谱

为了充分挖掘光果龙葵中的抗性基因,作者先对基因组中的NLR基因进行全面检索。在这些发现的NLR基因中,有71%是成簇存在的,这也就导致现存的许多自动鉴定流程准确信的欠缺。于是,作者们进行了手动校正。总之,通过一些列分析,得到了光果龙葵的NLR图谱。

光果龙葵的ETI图谱

在致病疫霉中有563个效应子基因,在光果龙葵中大约有550个NLR基因,为了充分挖掘光果龙葵中能够识别致病疫霉效应子的抗性基因,作者选用52个光果龙葵进行试验,分别对315个效应子基因进行抗性分析。

抗性基因Rpi-amr4鉴定

在上一步的ETI分析中,发现效应子PITG_22825能够引起28个光果龙葵的HR反应。为了找到识别这个效应子的受体基因,作者使用了 GWAS。这个地方就非常有意思了,将重测序中NLR基因上游3kb和下游1kb的区域作为候选区域,这些区域内的SNP作为遗传数据,将上一步中的HR反应数值作为表型进行关联分析。在1号染色体上发现了显著的位点,发现该位点属于一个抗性基因,而且该基因与位于11号染色体上的Rpi-amr3在系统发育上属于同一支,这也就能解释为什么11号染色体在GWAS中的信号也比较明显。进一步探究发现这个基因是能够和效应子PITG_22825进行结合的(HR反应更加明显)。通过系统发育分析发现这个基因在光果龙葵中的高度保守的。进一步利用GWAS进行敲除验证,发现敲除后功能确实是丧失了。同时还与Rpi-amr3进行了比较,发现Rpi-amr4的功能稍弱一些。由此确认了Rpi-amr4是效应子PITG_22825的识别受体。

另外两个受体的挖掘

上一步通过GWAS发现成功挖掘到一个抗性基因,但是很多R基因在GWAS中是没有明显信号的,也就不能从GWAS中直接找到基因。作者就利用杂交/自交的方法进行分离验证。提供这种方法也成功找到了两个效应子的识别受体。

读后感

生物信息学作为工具打开局面,湿试验进行深入验证!


Reprint policy: All articles in this blog are used except for special statements CC BY 4.0 reprint policy. If reproduced, please indicate source 李详【Xiang LI】 !
  TOC