尋找大豆抗蟲基因

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

大豆胞囊線蟲(Soybean cyst nematode,簡稱SCN,學名為Heterodera glycine)是大豆在美國最可怕的害蟲之一,可造成大豆收穫下降40%,每年在美國造成大約13億美金的農損。而且,因為「中鏢」的大豆就只是長得有點矮小、葉子變黃,常常會讓農夫以為可能只是環境的問題而已。據說,唯一能確定中鏢的方法,就是把土壤樣本拿去給線蟲專家檢驗。


因為躲在土壤裡不好處理,目前公認最好的處理方式是減少耕作(翻土會讓線蟲可以順便「開發處女地」)、進行輪作以及種植抗線蟲的大豆品系。目前在美國有95%的育種計畫都是使用來自PI 88788的rhg1位點所帶有的抗性基因。但是,重複使用只會導致人擇,所以產生可抗rhg1位點的線蟲是早晚的事。因此,從大豆尋找新的抗蟲基因已成為當務之急。


在2010年,研究團隊觀察到大豆的PI 567516C品系,對許多不同的SCN都有抗性,且抗性的模式與rgh1不同。他們用一個對SCN敏感的品系與它雜交,建立了回交群體後,在大豆的第10號染色體上找到了一個數量性狀基因座(QTL)。這個QTL可以抵抗至少五種SCN,他們把這個QTL命名為qSCN10。


在最近的研究中,他們將這個QTL做進一步的精細定位,讓範圍縮小到剩下原來的三分之一左右,涵蓋了大約20個基因。


接著,研究團隊分析這20個基因在敏感品系與抗性品系之間,是否有蛋白質序列上的差異。在這20個基因中,只有2個有差異。另外,研究團隊還分析了這些基因的表現情況,結果在抗性品系中只有3個基因在植物受到感染時表現量變高。兩個是在感染早期表現量上升,1個則是在感染晚期表現量上升。


接著他們又分析這三個基因的啟動子,發現只有兩個基因(TGA1-10SCT-10)的啟動子在敏感品系與抗性品系之間有差異。當他們把這兩個基因轉入對線蟲敏感的品系中高度表現後,敏感品系的根部囊腫就變少了。高度表現TGA1-10的大豆,其囊腫數量減少 6.4 倍(84.6%);而高度表現SCT-10的大豆,其囊腫數量減少5.3 倍(81.2%)。


其中的TGA1-10是一個轉錄因子,而SCT-10則是一個Shugoshin C-terminus 蛋白。Shugoshin 蛋白與微管組織和調控有關,因為微管在線蟲感染過程中扮演重要角色,推測可能透過干擾微管形成來妨礙線蟲進行感染;而轉錄因子的可能機制就更多了。


這些都有待後續的研究,不過目前既然已經知道了這兩個重要的抗性基因,育種專家們當然就可以進行育種,培育句型新型抗蟲能力的大豆!


參考文獻:


Lakhssassi, N., Chhapekar, S.S., Devkar, V. et al. Discovery of two tightly linked soybean genes at the qSCN10 (O) locus conferring broad-spectrum resistance to soybean cyst nematode. Commun Biol 8, 259 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003-025-07633-8


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