这些基因“护目镜”可以帮助我们培育出具有极强抗逆性的作物

茎锈病、冠锈病、小麦枯萎病、白粉病。这些名字古怪的疾病和其他类似的疾病对农民和依赖这些作物的人产生了毁灭性的影响。一种在驯化作物的野生近亲中寻找抗病基因的新方法可以提高我们抵抗疾病的能力。

在野生环境中，杂交是植物保持遗传多样性的方式之一。而驯化作物不会杂交，因此它们的遗传多样性要低得多。如果一种疾病可以杀死其中一种，那么它很可能会杀死所有植物——因此，如果没有抗病的多样化基因，像小麦和燕麦这样的驯化植物就很容易受到传染。随着作物被驯化，它们在遗传上也变得与野生近亲不同，从而阻止了两者杂交。这最大的影响是粮食不稳定：整个作物可能很快被疾病消灭。例如，在孟加拉国，小麦瘟病——一种南美洲特有的真菌——于 2016 年出现，已经对世界上营养不良率很高的地区造成了严重破坏。

“在大多数现代集约化种植系统中，我们处理这个问题的方式是将化学药品喷洒在农作物上，”这项研究的主要作者、英国约翰·英纳斯中心的生物技术专家布兰德·伍尔夫说。这对环境不利，而且并不总是有效的，但目前没有太多其他选择。

长期以来，农业研究人员一直通过将小麦等家养作物与野生近缘种杂交来积极对抗疾病，但培育出具有商业价值的品种需要十多年的时间。这需要确定野生植物的抗病特性，并尝试将这些基因引入农作物中——这个过程可能需要几代人的培育。

Wulff 的团队开发了一种新方法，利用一种名为 AgRenSeq 的技术来加速这一过程。该工具依靠野生植物抗病基因信息数据库来寻找其他作物中的类似基因。Wulff 说，它就像“护目镜”一样，让研究人员能够查看野生植物的整个基因组，并快速分离出他们想要引入驯化作物的基因。

“当时有很多怀疑，所以能够证明这种方法有效，我感到非常欣慰，”伍尔夫说。他们发表的论文表明，研究人员能够使用 AgRenSeq 快速分离出驯化面包小麦野生近缘种中的四种抗性基因。这里的“快速”是一个相对术语：他们在几个月内就完成了这项工作，而使用传统方法则需要数年时间。

“这种方法确实可以让你更有效地转移抗性，”堪萨斯州立大学农学家 Allan Fritz 表示，他没有参与这项研究。Fritz 的实验室致力于小麦育种。“我们知道这些野生亲属携带重要的抗性基因，”他说。但这些植物的基因组非常庞大，充满了转座子等不相关的信息，Wulff 说。新方法为研究人员提供了“能够提取 [遗传信息] 的标签”，Fritz 说。

研究人员可以利用这些信息来加快传统杂交的速度，甚至可以将其与 CRISPR 等基因编辑技术相结合，以更快地引入抗性。

明尼苏达大学植物生理学家乔·黛博拉·赫舍勒 (Jo Deborah Heuschele) 表示，这项技术仍处于早期阶段，但具有变得非常重要的潜力。“随着全球气候变化，疾病正变得越来越严重，”她说。“它们的传播和变化速度越来越快。”造成这种情况的原因有很多：温暖的气温有利于疾病的生长；飓风可以将感染带到新的地方，从而促进疾病的传播；干燥的气候可以帮助病原体存活更长时间。

疾病善于利用这些因素快速进化，这就是它们如此成功的原因。另一方面，植物需要更长的时间来适应。Heuschele 没有参与当前的研究，她正在研究燕麦的疫情，她说她的实验室已经在讨论使用 AgRenSeq 的潜在方法。

伍尔夫希望，假以时日，“我们能够培育出对某些疾病具有免疫力的作物。”