植保病害课题组鉴定和克隆番茄热稳定抗根结线虫基因Mi-9

      近日，蔬菜花卉所植保病害课题组通过Nanopore长读长，Illumina短读长和Hi-C测序，对野生番茄Solanum arcanum LA2157进行了染色体水平的基因组组装，结合报道的番茄热稳定抗根结线虫基因Mi-9的分子标记，实现了对该基因的挖掘、克隆和热稳定抗根结线虫功能验证，为基于基因组大数据快速克隆抗线虫基因提供了思路，并为耐高温抗根结线虫的番茄种质资源创制奠定了基础。相关研究结果以“Chromosome-scale genome assembly-assisted identification of Mi-9 gene in Solanum arcanum accession LA2157, conferring heat-stable resistance to Meloidogyne incognita”为题在线发表在在植物科学领域国际权威期刊《植物生物技术》（Plant Biotechnology Journal, IF：13.26）。

      根结线虫病是番茄生产上一种毁灭性病害，每年造成巨大的经济损失。尽管杀线虫剂在农业生产中被广泛应用，但基于成本和环保的角度考虑，利用寄主的抗性是最有效和可持续性的防控措施。目前Mi-1基因是番茄中唯一被商业化利用的抗根结线虫基因，但是该基因在土壤温度超过28℃时会丧失活性，且田间出现能够克服Mi-1基因抗性的毒性根结线虫种群。据报道，野生番茄Solanum arcanum LA2157中Mi-1同源基因Mi-9位于6号染色体短臂，是一个单显性抗性基因，对根结线虫具有高温稳定抗性，但由于远缘杂交不亲和，还未被克隆和应用。在全球变暖的气候背景下，成功克隆出Mi-9基因并引入栽培番茄中，对良好环境适应性番茄的生产将是一种有价值的遗传改良。

      该研究通过Nanopore长读长，Illumina短读长和Hi-C测序，对Solanum arcanum LA2157进行了染色体水平的基因组组装，共组装成12条染色体，基因组大小为855.68 Mb（图1），结合文献报道的Mi-9基因分子标记REX-1和C8B，将7个候选基因定位在12.96 Mb的范围内，而NBS-LRR基因主要分布在706 kb的区域内（图2）。转录组测序发现4个基因在根部表达，其中Sarc_034200与Mi-1.2同源性最高，且与栽培品种Heniz“1706”及感病醋栗番茄LA2093相比，除Sarc_034200外的其他6个基因均呈现一一对应的关系（图2），初步猜测Sarc_034200为候选Mi-9基因。利用TRV介导的基因沉默干扰LA2157番茄Sarc_034200基因表达，接种南方根结线虫，与对照组相比根结数和卵块数显著增加；而转Sarc_034200基因的醋栗番茄（根结线虫感病种）植株与对照组相比，在25℃及30℃温度条件下均对根结线虫具有高抗性（图3）。

图1 含有Mi-9抗根结线虫基因的LA2157番茄基因组信息

图2 Mi-9候选基因定位及Sarc_034200与Mi-1.2的氨基酸结构比较

图3 30℃温度条件下转Sarc_034200基因醋栗番茄高抗根结线虫

      蔬菜花卉所蒋丽君博士，凌键副研究员，赵建龙副研究员为本论文共同第一作者。蔬菜花卉所谢丙炎研究员，湖南农业大学植物保护学院王运生教授和蔬菜花卉所茆振川研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到中国农业科学院青年创新专项，国家自然科学基金，国家重点研发计划，海南崖州湾种子实验室和中国农科院科技创新工程等项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.14055