約翰英納斯中心(JIC)和塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室(TSL)的科學(xué)家開(kāi)創(chuàng)了一種新的基因檢測(cè)技術(shù)，如果正確配置，可以創(chuàng)造出具有持久抗病能力的新型優(yōu)質(zhì)小麥。與TSL的科學(xué)家們合作，JIC的Brande Wulff博士開(kāi)發(fā)了名為“MutRenSeq”的新技術(shù)，該技術(shù)準(zhǔn)確地確定了大型植物基因組中抗病基因的位置，并減少了從5中克隆這些基因的時(shí)間。到10年，只有兩年。在小麥中有效利用這些抗性基因可以提高全球產(chǎn)量，并大大減少對(duì)農(nóng)業(yè)化學(xué)品應(yīng)用的需求。

抗性基因就像一個(gè)簡(jiǎn)單的鎖，可以防止病原體感染植物。隨著時(shí)間的推移，正如許多育種者和種植者所發(fā)現(xiàn)的那樣，病原體可以適應(yīng)克服個(gè)體抗性基因并感染植物。一堆多個(gè)基因就像一個(gè)多杠桿鎖，使新病原體更難以逃避作物的防御。

Brande Wulff博士說(shuō)：“挑戰(zhàn)始終是找到足夠的抗性基因，以創(chuàng)造有效的多基因'堆疊'，對(duì)抗小麥莖銹病和小麥黃銹病等病毒性病原體，如果不加以挑戰(zhàn)，可以摧毀世界各地的作物。隨著這項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)出對(duì)這些病原體中的一種或多種具有很強(qiáng)抗性的新品種小麥。“

利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們可以非?？焖俚貜淖魑镏姓业娇剐曰?，克隆它們并將多個(gè)抗性基因堆疊成一個(gè)優(yōu)良品種。MutRenSeq是一種快速分離抗性基因的三步方法，它基于(i)從抗性野生型小麥植株中產(chǎn)生突變體并鑒定具有抗病性喪失的突變體，(ii)對(duì)野生型抗性植物和失去抗性植物的基因組進(jìn)行測(cè)序。最后(iii)比較突變體和野生型中的這些基因，以鑒定導(dǎo)致疾病抗性喪失的確切突變。

Wulff博士與澳大利亞CSIRO農(nóng)業(yè)公司的Drs Evans Lagudah和Sam Periyannan合作，他們使用化學(xué)品(EMS)引起抗性野生型小麥植株樣本基因組的突變。然后，他們通過(guò)用病原體感染突變體群來(lái)篩選突變體群體，以鑒定不再具有抗性的突變體。

假設(shè)是這些突變體都會(huì)共享一個(gè)共同基因的突變，這個(gè)基因必須是抗性基因。他們將突變體的序列相互比較并尋找重疊。對(duì)一個(gè)突變體進(jìn)行測(cè)序?qū)㈣b定出數(shù)百個(gè)突變 - 每個(gè)突變都表明候選基因。

然而，通過(guò)將兩個(gè)突變體相互比較并尋找重疊，列表從幾百個(gè)減少到少數(shù)幾個(gè)。

比較三個(gè)或更多突變體，使團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別易感小麥植物中僅一個(gè)基因的重疊。

Wulff博士說(shuō)：“通過(guò)MutRenSeq，我們可以在大海撈針中找到針頭：我們可以通過(guò)將124,000個(gè)基因歸零到單個(gè)候選基因來(lái)降低尋找抗性基因的復(fù)雜性。”

在MutRenSeq的第一次試運(yùn)行中，Wulff博士的研究小組成功地分離了一個(gè)著名的抗性基因 Sr33，其時(shí)間比以前通過(guò)傳統(tǒng)育種技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目的的時(shí)間的一小部分。在此成功之后，研究小組隨后克隆了兩個(gè)重要的莖銹病抗性基因Sr22和Sr45，科學(xué)家迄今為止無(wú)法成功分離這些基因。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)的數(shù)據(jù)，小麥種植面積比任何其他商業(yè)作物(約2.4億公頃)都多，并且仍然是人類(lèi)最重要的糧食來(lái)源。

西方農(nóng)民依靠殺蟲(chóng)劑來(lái)控制小麥中的病原體，但由于擔(dān)心其對(duì)環(huán)境的影響，可以使用越來(lái)越少的農(nóng)用化學(xué)品。較貧窮國(guó)家的農(nóng)民很少或根本沒(méi)有這些化學(xué)品，很容易受到與疾病有關(guān)的損失，這可能導(dǎo)致饑餓和營(yíng)養(yǎng)不良。

聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)估計(jì)，東非和北非，近東，中亞和南亞的31個(gè)國(guó)家面臨風(fēng)險(xiǎn)，這些國(guó)家占全球小麥產(chǎn)量的37%以上，占全球產(chǎn)量的30%。小麥銹病包括Ug99種莖銹病和Yr27黃銹病菌。

農(nóng)藥使用的替代方法是通過(guò)將來(lái)自其他品種小麥的抗性基因引入優(yōu)良品種來(lái)建立對(duì)作物的抗性。

伍爾夫博士說(shuō)：“找到并克隆這些關(guān)鍵基因到目前為止，就像在大海撈針一樣。小麥基因組龐大，包含許多重復(fù)。這項(xiàng)新技術(shù)將改變這一部分科學(xué)過(guò)程。

“雖然正確的復(fù)雜的小麥基因組堆疊大量基因的下一階段是不容易的，需要時(shí)間，這種新的基因檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)帶來(lái)了一個(gè)或多個(gè)新的優(yōu)良品種的創(chuàng)建小麥與長(zhǎng)等待持久的疾病抵抗力更加接近。“

本論文是將于2016年4月25日星期一在Nature Biotechnology上共同發(fā)表的三篇論文之一。另外兩篇論文的重點(diǎn)是尋找大豆銹病的新抗性基因(由Peter Van Esse博士，Sainsbury實(shí)驗(yàn)室)和馬鈴薯晚疫病(由塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室的Jonathan Jones教授擔(dān)任。