北卡羅來納州立大學的研究人員公佈了對歷史悠久的馬鈴薯葉片進行基因研究的結果，揭示了馬鈴薯飢荒病原體是如何進化以克服植物防禦能力的。這項研究採用了新穎的DNA定序技術，為未來植物育種工作提供了啟示，有助於對抗這種頑固的病原體。

北卡羅來納州立大學的研究人員透過研究歷史悠久的馬鈴薯葉片的遺傳物質，取得了突破性的發現。他們的研究突顯了馬鈴薯植物與造成愛爾蘭馬鈴薯飢荒的病原體之間的動態演化鬥爭。透過採用創新的DNA定序技術，他們揭示了某些病原體菌株如何在抗病基因被用於育種之前就能克服這些基因，為未來的農業策略指明了新方向。

北卡羅來納州立大學的研究人員透過對歷史上發現的馬鈴薯葉片中的遺傳物質進行研究，揭示了馬鈴薯植物和導致19世紀40年代愛爾蘭馬鈴薯飢荒的病原體之間發生的針鋒相對的進化變化。

這項研究採用了一種標靶富集定序方法，同時檢測了植物的抗性基因和病原體的效應基因（幫助病原體感染宿主的基因），這在同類分析中尚屬首次。

大衛摩爾（David Moore）從愛爾蘭格拉斯內文國家植物園收集的一個歷史悠久的馬鈴薯植物標本，顯示出晚疫病。資料來源：Jean Ristaino，北卡羅來納州立大學

“我們使用的是帶有病原體和其他細菌的歷史悠久的小片葉子；DNA的碎片比正常組織樣本更多，”北卡羅來納州立大學前研究生研究員、論文第一作者艾莉森-庫姆伯（Allison Coomber）說。 “利用80 個鹼基對的小塊，就像利用磁鐵一樣，在DNA 的湯中撈出相似的片段。這些磁鐵被用來尋找宿主的抗性基因和病原體的效應基因。”

北卡羅來納州立大學植物病理學威廉-尼爾-雷諾茲特聘教授、今天（8月5日）發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上介紹這項研究的論文的通訊作者讓-里斯泰諾（Jean Ristaino）說：「這是首次同時研究馬鈴薯和病原體的變化；研究人員通常只研究其中之一。這裡採用的雙重富集策略使我們能夠捕獲宿主-病原體關係雙方基因組的目標區域，即使宿主和病原體的數量不等。

研究結果表明，病原體Phytophthora infestans非常善於對抗馬鈴薯晚疫病的抗性。例如，該研究表明，病原體的FAM-1菌株有能力戰勝植物的R1抗病基因所提供的抗病能力–甚至在植物育種人員在馬鈴薯上應用該基因之前就已如此。

庫姆伯說：”即使R1抗性基因早在幾年前就已部署，病原體也能夠抵禦這種抗性基因，這可能是因為它在野外接觸過帶有這種抗性基因的馬鈴薯。”

研究還表明，病原體的許多效應基因一直保持穩定，但隨著植物育種者試圖培育抗性，特別是在1937年後，美國和全球其他地區開始了更有組織的馬鈴薯育種計劃，發生了不同的突變，以提高其感染能力。

研究還表明，病原體在1845 年至1954 年期間增加了一組染色體，而這段時間正是研究中植物樣本的採集期。

庫姆伯說：「我們在這項工作中表明，經過100 年的人類幹預，病原體中的一些基因並沒有發生太大變化。這些基因非常穩定，可能是因為它們沒有被選擇，也可能是因為它們對病原體非常重要。

“當我們對病原體了解不夠時，很難進行有效的植物育種。現在我們知道了哪些效應因子隨著時間的推移而發生了變化，育種者也許就能使用更穩定的抗性基因，或者從不同的野生宿主那裡金字塔式地獲得多種抗性基因，」里斯泰諾說。 “這就是我認為這類研究的未來所在–將其應用於病原體毒力或其他性狀（如殺菌劑抗性）的緩慢變化”。

編譯自/ ScitechDaily