《Phytopathology Research》：Comparative genomic analysis reveals the difference of NLR immune receptors between anthracnose-resistant and susceptible sorghum cultivars
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高粱炭疽病严重影响其产量，为探究高粱抗感品种中核苷酸结合亮氨酸重复受体（NLR）的差异，研究人员对 365 份高粱种质进行炭疽病检测，测序分析了抗感品种基因组。结果发现二者 NLR 数量、表达及基因结构有差异，并筛选出候选抗病基因，为培育抗病糯高粱提供了遗传资源。
高粱作为全球第五大谷类作物，在农业生产中占据着重要地位。然而，由胶孢炭疽菌（Colletotrichum sublineola）引起的炭疽病，就像高粱种植过程中的一场噩梦，严重威胁着高粱的产量。在一些地区，这种病害甚至能导致高达 86% 的减产，尤其是在中国西南地区，高温高湿的气候让当地的糯高粱深受其害，不仅产量下降，品质也大打折扣，给白酒酿造行业带来了巨大的挑战。
为了应对这一严峻的问题，四川农业大学等研究机构的研究人员开展了深入的研究。他们的研究成果发表在《Phytopathology Research》上，为高粱炭疽病的防治带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对 365 份高粱种质进行了炭疽病喷雾和打孔接种检测，以此来筛选抗感品种。之后，对筛选出的品种进行基因组测序、组装和注释，鉴定 NLR 基因。利用生物信息学工具分析 NLR 基因的结构、染色体分布、进化关系等，还通过 RNA 测序（RNA-seq）和实时定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）研究基因表达情况 。
在研究结果方面，研究人员首先鉴定出了抗感品种。对 365 份高粱种质进行接种检测后发现，美国改良谷物高粱品种抗性最强，糯高粱品种最易感病。基于此，选择 BTx623 作为抗病代表，Guojiaohong1（GJH1）作为感病代表，后续的打孔接种实验也进一步证实了 BTx623 的高抗性。
接着，研究人员对高粱 NLR 基因进行了全面的特征分析。测序并注释 GJH1 基因组后，发现 GJH1 中有 239 个 NLR 基因，而 BTx623 中有 302 个，二者存在显著差异。进一步分析发现，高粱 NLR 蛋白具有多种理化性质，且根据其结构域可分为四类，多数属于 CC-NBS-LRR（CNL）组。NLR 基因在染色体上分布不均匀，多位于染色体臂和端粒区域，且存在基因簇和成对基因。通过构建进化树，发现 NLR 蛋白可分为六个不同的组，不同组具有不同的结构域特征 。
在 NLR 基因的共线性和遗传变异研究中，研究人员发现 BTx623 和 GJH1 基因组存在大量共线性基因，但部分 NLR 基因存在差异。有 195 个 NLR 基因具有严格共线性，其中 70.85% 编码区相同；而 103 个非共线性 NLR 基因中，57.94% 存在大量突变。总体来说，113 个 NLR 基因在两个品种间存在主要遗传变异。
对于 NLR 基因的复制研究，发现高粱 NLR 基因存在多种复制类型。有两对基因源于全基因组复制（WGD）事件，还有许多基因通过串联复制和近端复制产生。通过计算同义替换率（Ks）和非同义替换率与同义替换率的比值（Ka/Ks）发现，WGD 复制的基因 Ks 值高，串联和近端复制的基因 Ks 值低，多数 NLR 基因在纯化选择下进化 。
在 NLR 基因对胶孢炭疽菌的响应研究中，转录组数据分析显示，BTx623 中 NLR 基因的基础表达更强，在感染后诱导表达的 NLR 基因数量也更多。加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了与感染相关的关键模块和基因，构建了核心共表达调控网络。此外，两个品种中部分 NLR 基因表达存在显著差异，且 qRT-PCR 验证了关键基因的表达模式 。
最后，研究人员预测了抗炭疽病育种的候选 NLR 基因。综合考虑基因变异、对胶孢炭疽菌的响应和表达差异，确定了一批可能与抗炭疽病相关的 NLR 基因，部分基因与先前报道的抗病基因或数量性状位点（QTL）重叠 。
研究结论和讨论部分指出，该研究全面分析了高粱 NLR 基因，为糯高粱抗病育种提供了重要的遗传资源。研究发现抗感品种 NLR 基因数量、结构和表达存在差异，这为理解高粱抗病机制提供了新视角。同时，基因复制和选择压力分析揭示了 NLR 基因的进化规律，后续对候选基因的功能验证有望进一步推动高粱抗病育种工作，提高高粱产量和品质，保障农业生产安全。
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