病原菌辅助作物抗病育种现状与前景

作物病害每年给农业生产造成巨大的经济损失，严重威胁我国的粮食与食品安全和农业可持续发展。为了防控作物病害，培育和合理使用抗病品种是目前最为经济有效的主要手段。常规抗病育种技术通过抗病资源挖掘、杂交选育等手段将抗病基因或位点导入栽培品种，存在选育周期长、抗性易丧失和病害爆发风险大等问题。近年来，国内外病原菌致病机理及植物与病原菌互作机制研究逐步深入，使得以病原菌研究为基础的作物抗病育种技术逐渐成熟，但尚缺乏明确的定义与表述。

江苏省中科院植物研究所与南京农业大学的科研人员在JIPB  2021 ISSUE-2 合作发表了一篇题为“Pathogen-informed breeding for crop disease resistance”（https://doi.org/10.1111/jipb.13029）的综述。该论文分别从病原菌辅助抗病基因克隆、基于病原菌的抗性资源鉴定与品种布局以及病原菌指导的植物抗病性状改良三个方面梳理了病原菌相关研究在抗病育种中的利用途径，并提出病原菌辅助作物抗病育种新策略，以加速育种周期和管控作物抗病性丧失风险。

病原菌辅助作物抗病育种的主要途径

在植物与病原菌互作的过程中，病原菌能够分泌效应子（effectors）促进侵染，其中部分效应子能够被植物识别激发免疫。有证据表明，通过克隆胞内效应子能够加速抗病基因的鉴定或抗性位点的定位，而利用胞外效应子或病原菌相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs）能够鉴定模式识别受体（pattern recognition receptors, PRRs）。此外，通过解析效应子的作用靶标能够挖掘新的植物免疫调控元件。近年来，多组学技术的开发加快了病原菌的相关研究，效应组学（effectoromics）作为一种高通量的功能基因组学技术，已成功地应用于筛选和鉴定抗性资源和抗病品种。另外，通过检测病原菌的种群结构和无毒（avirulence）基因多样性能够指导抗病品种或抗病基因的布局。

从育种角度来说，在现有品种中引入多个抗病基因或模式识别受体既能够提供更持久的抗性，又能实现广谱抗性。研究人员利用黄单孢菌和青枯菌中转录激活子类似（transcription activator-like, TAL）效应子的特点，将TAL效应子识别的启动子与抗病基因或无毒基因融合，制成分子陷阱；或改造水稻和辣椒中执行（executor）基因的TAL效应子结合位点。以病原菌致病机理研究为基础，可创制能够降解病原菌致病相关化合物的转基因材料，或利用寄主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing, HIGS）技术来调控病原菌关键基因的表达。最后，也可以利用基因组编辑技术对抗病基因或诱饵（decoy）基因进行改造，或者编辑感病（susceptibility, S）基因，实现广谱持久抗性。

江苏省中科院植物研究所李琦博士为论文的第一作者，南京农业大学窦道龙教授和植物所于金平研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省植物资源研究与利用重点实验室开放基金等项目的资助。