借鉴土豆免疫机制的抗病新方法

马铃薯晚疫病由致病疫霉引起，曾导致爱尔兰马铃薯饥荒，如今仍是全球粮食安全的重大威胁[1]。大多数晚疫病抗性（R）基因编码核苷酸结合富亮氨酸重复蛋白（NLRs），但许多已因致病疫霉的快速进化而失效[2]。通过马铃薯杂交育种来部署R基因[3-7]，为防治晚疫病提供了有前景的解决方案。

本研究构建了覆盖茄属块茎亚属（Petota）31个野生种和21个栽培种共52个马铃薯基因组的全亚属NLRome（NLR基因集合），包含39211个NLR基因。其中，还新测序并组装了7个具有强晚疫病抗性的野生种基因组。系统发育基因组分析揭示了传感器NLR与辅助NLR之间存在不对称的进化模式，这有助于区分两者的功能差异。

通过对该NLRome的挖掘，研究人员成功克隆出Rpi-cph1基因——其同源基因此前仅在美洲黑茄中被发现；以及Rpi-cjm1基因，这是一种含Toll/白细胞介素-1受体（TIR）结构域的抗晚疫病NLR。研究还发现，非经典的NLR整合结构域在NLRome中广泛存在。追踪这些结构域的进化轨迹后，他们鉴定出Rpi-brk1基因，该基因通过其重金属结合（HMA）结构域感知致病疫霉的效应子。

进一步研究表明，将HMA结构域整合到马铃薯NLR蛋白R1中，能够拓宽其抗性谱。这提示“结构域插件”策略可用于抗病基因的工程改造。这些发现为通过比较和进化基因组学发现R基因提供了范例，并为R基因的工程化改造提供了新策略。