近日，中国农科院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Mi-9基因的挖掘、克隆，并进行了该基因的热稳定抗根结线虫功能验证。该研究为基于基因组大数据快速克隆抗线虫基因提供了思路，并为全球变暖气候背景下的耐高温抗根结线虫的番茄种质资源创制奠定了基础。相关研究成果以 《Chromosome-scale genome assembly-assisted identification of Mi-9 gene in Solanum arcanum accession LA2157, conferring heat-stable resistance to Meloidogyne incognita》为题在线发表在植物科学领域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（中科院一区，SCI影响因子13.26）。
根结线虫是番茄生产上破坏性极大的病原物，每年造成严重的经济损失。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，利用寄主的抗性不失为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5个基因在根部表达，其中Sarc_034200与Mi-1.2相似性最高，且与栽培品种Heinz“1706”及RKNs感病醋栗番茄LA2093相比，除Sarc_034200外的其他6个基因均与它们在Heinz“1706”和LA2093的同源基因形成共线性基因对，且呈现一对一的同源关系（图2），初步猜测Sarc_034200为候选Mi-9基因。
图1 含有热稳定抗根结线虫基因Mi-9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
后续该研究进一步通过TRV介导的VIGS实验对4个表达量较高的候选基因分别进行了沉默，发现Sarc_034200基因沉默的LA2157番茄植株接种南方根结线虫后与注射空载体的对照组相比平均根结数和卵块数显著增加（图3）；而转Sarc_034200基因的醋栗番茄（根结线虫感病种）植株与WT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4）。
图4 30℃温度条件下转Sarc_034200基因醋栗番茄高抗根结线虫
中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保病害课题组蒋丽君博士、凌键副研究员和赵建龙副研究员为本论文共同第一作者。中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保病害课题组谢丙炎研究员，湖南农业大学植物保护学院王运生教授和中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保病害课题组茆振川研究员为论文的共同通讯作者。山东农业科学院蔬菜所杨煜副研究员，以及中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保病害课题组杨宇红研究员、李彦研究员、焦阳博士参与了该项工作。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。
