黑芥(Brassica nigra)中新型抗根肿病基因Rcr12的鉴定及其与NLR基因簇进化的关联研究

本研究针对严重影响芸薹属作物的根肿病(Clubroot)问题，在抗性资源匮乏的黑芥(B. nigra)B基因组中鉴定出新型显性抗病基因Rcr12。通过BSR-seq(批量分离群体RNA测序)和精细定位技术，研究人员发现该基因位于B3染色体0.33 Mb区域内，与已知Rcr6基因相邻但功能独立。研究首次揭示了芸薹属作物中NLR(核苷酸结合富亮氨酸重复)基因簇与单体型抗病基因的协同进化模式，为抗病育种提供了新靶点，并为植物免疫系统研究开辟了新视角。

　　

在芸薹属作物种植区，由原生生物病原体芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae)引起的根肿病每年造成10-15%的产量损失。尽管A基因组中已发现大量抗性基因，但作为重要抗源的黑芥(B. nigra)B基因组中仅报道过Rcr6单个基因，这种"抗性基因荒漠"现象严重制约了油菜等作物的抗病育种进程。更棘手的是，现有抗性材料多呈现广谱抗性，难以区分不同抗源的特异性，而田间病原体混合群体的复杂性又给精准基因鉴定带来挑战。

加拿大农业与农业食品部萨斯卡通研发中心的研究团队另辟蹊径，选择对加拿大3H小种表现完全抗性的黑芥材料BRA19278展开研究。通过构建分离群体和独创的单原生质体分离株(SPI)技术，研究人员成功分离出能特异性区分不同抗性基因的病原体纯系Pb-SPI-117。这项发表在《BMC Plant Biology》的研究不仅鉴定出新型抗性基因Rcr12，更首次揭示了芸薹属中NLR基因簇与单体型抗病基因的协同进化关系。

研究采用三大关键技术：首先利用BSR-seq(批量分离群体RNA测序)将Rcr12初步定位至B3染色体3.0-7.5 Mb区间；随后通过1240株BC₁群体的精细定位，使用KASP(竞争性等位基因特异性PCR)基因分型将区间缩小至0.33 Mb；最后借助四个黑芥参考基因组的比较基因组学分析，解析抗性基因的进化特征。

确定BRA19278中的单显性抗性基因
接种实验显示BRA19278对3H小种完全免疫，F₁代表现显性遗传特征。F₂和BC₁群体3:1和1:1的抗感分离比证实该抗性由单显性基因控制，命名为Rcr12。

BSR-seq初步定位染色体区域
通过分析R/S混池的2.04百万SNP，发现B3染色体3.0-7.5 Mb区间多态性变异比例(PPV)高达69.6%，显著高于其他染色体，提示Rcr12可能位于该区域。

SPI技术突破抗源区分瓶颈
独创的Pb-SPI-117分离株能特异性侵染含Rcr6的PI219576材料，而对BRA19278无效，为基因精细定位提供关键鉴别工具。

精细定位锁定0.33 Mb候选区
通过三轮KASP标记筛选，在1240株BC₁群体中发现HH9(6.34 Mb)和HH22(6.67 Mb)两个完全连锁标记，将Rcr12限定在含多个NLR类抗病基因的区域内。

比较基因组学揭示基因簇特征
在CN115125v1参考基因组中，Rcr12候选区(6.42-6.49 Mb)与Rcr6区(6.78-6.86 Mb)存在0.29 Mb间隔。四个基因组比较显示Rcr12对应区域在BnSDHv1.1中位于B5染色体，而Rcr6位于B7染色体，证实二者遗传独立性。

NLR基因系统进化分析
B3染色体上的候选基因BniB03g015450.1C2等与已克隆抗性基因CRa/Rcr1亲缘较远，但内部呈现串联重复结构，符合"NLR基因簇"特征。相比之下，Rcr6候选基因BniB03g016270.1C2呈现典型"单体型"结构。

这项研究在理论和应用层面均取得重要突破：首次在黑芥中发现NLR基因簇与单体型抗病基因的紧密连锁现象，为理解植物免疫系统进化提供新模式；建立的SPI病原分型技术攻克了混合病原体研究的瓶颈；鉴定的Rcr12基因为油菜抗病育种提供珍贵资源。更深远的意义在于，该研究揭示的"基因簇-单体型"协同进化机制可能普遍存在于植物抗病系统中，为后续解析NLR基因网络功能奠定基础。随着更多SPI纯系的开发，未来有望建立全新的根肿病病原分类体系，推动抗病育种进入精准时代。