新发现的基因赋予番茄抗细菌斑点病的能力

在过去五年中，降低水果产量和品质的细菌斑点病一直是番茄中一个日益严重的问题。由于可疑细菌丁香假单胞菌更喜欢凉爽潮湿的气候，因此纽约州等地的农作物特别易感。

由研究生Carolina Mazo-Molina和Samantha Mainiero领导的博伊斯·汤普森学院的最新研究可能会改变这一状况。他们的工作发表在八月份的《植物杂志》上，他们的工作发现了第一个已知的基因，该基因对引起斑点病的细菌的特定菌株“ race 1”具有抗性。

另一个抗药性基因Pto可对丁香假单胞菌的0号种族菌株产生抗性，已经使用了25年以上。但是，农作物仍然容易受到越来越普遍的1号品系的伤害，从而给种植者造成重大损失。

随着这一新基因的发现，研究人员将其命名为假单胞菌番茄第1种族(Ptr1)，由细菌斑点病引起的损害可能很快就成为过去。

马丁也是康奈尔大学综合植物科学学院的教授，马丁说：“我们正在与植物育种者合作，将Ptr1基因引入已经具有Pto的番茄品种中。” “如果这样做，那么您将对引起斑点病的所有已知细菌具有抵抗力。”

在过去五年中，降低水果产量和品质的细菌斑点病一直是西红柿中日益严重的问题。信用：格雷格·马丁(Greg Martin)

自然选择与偶然性

该项目始于2015年，当时康奈尔大学的一个研究农场偶然爆发了细菌性斑点病，BTI教员Jim Giovannoni在那里研究西红柿的果实品质。Giovannoni还是美国农业部的科学家，也是康奈尔大学综合植物科学学院的兼职教授。

马丁解释说：“ 除了两种植物外，斑点病还消灭了他们的整个试验。” “这两种植物均具有Ptr1 抗性基因。这是自然选择和偶然性的显着巧合。”

存活下来的两种植物都含有来自茄属茄属的基因，茄属茄属的野生亲缘种。通过收集植物种子并研究其遗传模式，该团队确定了一条染色体上的单个区域负责赋予抗性，这项工作发表在2019年《分子植物-微生物相互作用》上。在最近的这篇论文中，他们已经确定了该区域中赋予种族1抗性的特定基因Ptr1基因。

Mazo-Molina描述了识别基因的刺激。她解释说：“当我们发现Ptr1时，我总是会说它'可能是基因'或'可能是基因'。” “但是在某个时候，我能够告诉自己，'这就是基因。你不必怀疑它。'”

具有新发现的Ptr1基因的番茄植物(左)对细菌斑点病的第1种菌株具有抗性，而没有该基因的番茄植物(右)易感。信用：格雷格·马丁(Greg Martin)

Ptr1编码一种蛋白质，该蛋白质可以间接检测称为AvrRpt2的致病蛋白质。苹果和流行的拟南芥都具有编码蛋白质的基因，这些蛋白质也可以识别相同的细菌蛋白质。

马丁说：“这三种蛋白质完全不同。” “根本没有相似之处。它看起来像是融合进化的例子，不同工厂针对同一问题的独立解决方案。”

马丁说：“由于对AvrRpt2的检测在整个进化过程中经历了多次进化，因此AvrRpt2蛋白可能在病原体感染植物的能力中起着关键作用。”

下一步

现在已经确定了该基因，该团队专注于开发携带Ptr1基因的番茄品种。Mainiero解释说：“天然存在Ptr1的野生物种真的很难与栽培西红柿杂交。” “我们不能仅仅使用传统的育种方法。”

幸运的是，可能还有另一种方式。

马丁说：“该基因的一种缺陷形式已经存在于许多番茄品种中，自然突变使它失去了功能。一种叫做CRISPR Prime Editing的新型基因编辑技术可以使我们进入并修复。这个有缺陷的基因。”

Mainiero计划从事CRISPR Prime Editing项目，Mazo-Molina将专注于理解Ptr1潜在作用的分子机制。

马丁强调，Mainiero和Mazo-Molina之间的合作是该项目成功的关键。他说：“这是在两个不同实验室成员之间进行实验室合作的一个很好的例子。” “他们无缝协作。”

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