科普 | 甘蔗得病就减产20%？科学家破解甘蔗抗病基因定位难题

甘蔗是全球最重要的糖料和能源作物之一，其生产却面临着严峻的生物胁迫挑战。你知道吗？每年因为病原菌和害虫的侵袭，甘蔗产量损失多达20%（参考文献[1]）！这一数字不仅意味着种植者承受着惨重的经济损失，更可能引发全球糖业市场的连锁反应，糖价波动，最终影响终端消费者的切身利益。

甘蔗黑穗病

（图片来源：参考文献[2]）

面对这些病害，甘蔗自身有没有办法抵抗呢？其实，植物和人类一样，也有自己的“免疫系统”。其中，NLR基因就像是甘蔗体内的“特种部队”，专门负责识别和抵抗入侵的病菌。它们属于植物免疫系统的核心组成部分，可分为TIR-NLR（TNL）和CC-NLR（CNL）等亚类。不过，有研究揭示，在单子叶植物（被子植物的一大类，其种子仅含一片子叶）中TNL在进化过程中丢失，甘蔗也属于这类植物。

NLR基因编码的蛋白质能精准探测到病菌的攻击，并快速启动防御反应，就像植物界的“雷达预警系统”。但问题是——甘蔗的基因组极其复杂（多倍体且染色体数目庞大），这些基因一直很难被精准定位。这就导致甘蔗的抗病机制难以破解，育种专家就像在没有地图的情况下寻找一把钥匙，既不知道钥匙在哪，也不知道它长什么样，抗病品种选育效率极低。

NLR基因识别和抵抗入侵病菌示意图

最近，我们团队（中国科学院微生物研究所林啸研究团队）开发了一个新工具DaapNLRSeek，专门用于精准预测甘蔗中的NLR类抗病基因。该工具利用甘蔗近缘的二倍体植物高粱和蔗茅的基因数据作为参考，结合多种工具，在多倍体甘蔗基因组中更准确地识别和注释抗病基因（参考文献[3]）。该研究不仅为甘蔗抗病育种提供了重要基础，也为其他多倍体植物的NLR基因预测提供了参考。