绘制NLR组，多种测序技术解析植物的免疫力

基因组、转录组、微生物组……现在又来了NLR组？

　　

一直以来，育种人员都希望揭开植物免疫的秘密，而他们的兴趣主要集中在那些可以激活免疫信号的受体上，包括识别微生物相关分子模式（MAMP）细胞表面蛋白，以及感知病原体效应蛋白的细胞内蛋白，如含有核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列的受体（NLR）。

在开花植物的基因组中可找到数百个NLR基因。人们认为，它们会形成类似炎症小体（inflammasome）的结构，在识别病原体后控制细胞的死亡。同时，它们也成为改造病原体抗性的候选对象。

基于这些原因，研究人员希望在不同分类水平建立NLR基因目录。不过，此基因家族的多态性特别高，等位基因和结构变异模式复杂，并且成簇存在，这些因素都阻碍了人们的研究工作。

近日，两个研究团队将抗性基因富集测序（RenSeq）与PacBio SMRT测序技术相结合，成功克服了这些挑战。

绘制拟南芥的泛NLR组

不久前，德国马克斯•普朗克发育生物学研究所的Felix Bemm领导的研究团队建立了几乎完整的拟南芥泛NLR组（pan-NLRome）。这项成果出现在《Cell》杂志上。

研究人员对64个不同地理分布的拟南芥开展RenSeq测序和泛NLR组分析，能够确定NLR complement，记录结构域多样性，描绘新的结构域特征，评估非核心NLR是否存在多态性，并将NLR映射到拟南芥的Col-0参考基因组。

作者写道：“参考基因组可能只含有一部分独特的NLR基因，这反过来又导致重测序工作无法获得清晰的NLR多样性图谱。这项工作为鉴定基因组结构复杂的重要农作物的抗病基因打下了基础。”

追踪番茄的NLR进化

美国加州大学伯克利分校的Brian Staskawicz和Kyungyong Seong领导的另一支团队则探索了番茄的NLR组。这项成果目前发表在bioRxiv预印本网站上。

番茄这种重要的作物正面临着200多种疾病的挑战。栽培番茄的遗传多样性较低，且抗性（R）基因已发生变化，这突出了遗传改良的紧迫性。科学家希望利用野生番茄的遗传病抗性，这些番茄与病原体共同进化，对多种病原体表现出更持久的抗性。

研究人员之前尝试用RenSeq对番茄的NLR基因进行选择性捕获和测序，但无法完全分辨高度重复的序列和NLR簇，因此他们转向了SMRT测序。他们采用SMRT RenSeq鉴定了18个茄科作物的NLR，包括栽培番茄、本氏烟草、辣椒以及15个野生番茄。

通过此项工作，他们产生了264到332个高质量的番茄NLR基因模型，并在栽培番茄的参考基因组中注释了314个NLR。“我们的结果改进了128个NLR的注释，包括13个现有的注释，它们因组装错误或缺口未填而变得不完整，”作者写道。

研究人员还表示：“我们在此证明了SMRT RenSeq是一种经济高效的方法，可以替代全基因组测序。我们还验证了SMRT RenSeq能够分辨NLR以及复杂的簇。”（生物通 薄荷）

原文检索

A Species-Wide Inventory of NLR Genes and Alleles in Arabidopsis thaliana

Evolution of NLR resistance genes with non-canonical N-terminal domains in wild tomato species