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摘要：马铃薯晚疫病是马铃薯的第一大病害。利用分子生物学和基因工程技术，从马铃薯野生种质资源中分离抗病基因，并将其转化到优良栽培品种中，是提高马铃薯晚疫病抗性高效快捷的方法之一，目前已有多个来自不同野生种质资源中的晚疫病抗性基因被分离或定位。本文主要概述了近年来马铃薯抗晚疫病基因的研究现状。
关键词：马铃薯；晚疫病；抗性基因
中图分类号：S43532文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）01-0141-04
马铃薯晚疫病是由致病疫霉菌（Phytophthora infestans）引起的马铃薯第一大毁灭性病害，可引起马铃薯大规模减产。19世纪中叶晚疫病的发生导致了举世闻名的爱尔兰大饥荒[1]（The Great Irish Famine），致使数百万人死亡或流离失所。该病在世界范围内广泛传播，每年在全球造成损失约170亿美元，我国的减产损失也在10亿美元以上[2]。在发展中国家，每年用于治理晚疫病的花费高达35亿美元。
导致晚疫病的致病疫霉菌是一种高度可变的病菌[3]，晚疫病菌群体中出现的A2交配型和原来的A1交配型在大田条件下即可进行有性杂交并产生可以越冬的卵孢子[4]，进一步增加了该病原的变异性和危害性；全基因组测序发现，晚疫病菌的基因组容量高达240 Mb，是迄今发现的囊泡藻界（Chromalveolata）中最大、最复杂的基因组[5]，被认为是进化潜力最高、风险最大、最易克服单个抗病基因或少数几个抗病基因累加系的病原之一。因此，防治马铃薯晚疫病仍是当前马铃薯生产和育种的重中之重。
马铃薯晚疫病的化学防治主要是应用抗真菌剂[6，7]，但成本高、易导致环境污染。随着现代分子生物学和基因工程技术的发展，从马铃薯抗晚疫病野生种质资源中分离抗病基因，并进行基因转化导入栽培种中，已经成为马铃薯抗病育种的一个重要途径[8]。本文将对马铃薯野生种中抗晚疫病基因的分离、定位及应用进行概述。
1马铃薯晚疫病抗性基因定位与分离
11来源于S demissum的晚疫病抗性基因
来自于墨西哥的六倍体野生种S demissum不仅高抗晚疫病，而且易与四倍体栽培品种S tuberosum杂交，是马铃薯晚疫病抗性基因的重要来源。目前，已从该野生种鉴定出11个主效抗病基因（R1～R11）并导入到栽培种中。
111R1基因Leonards-Schippers 等（1994）[9]将R1基因定位在S demissum的第Ⅴ号染色体上，R1位点区域也是各种病原体抗病基因的集中区。研究发现，马铃薯第Ⅴ号染色体上RFLP标记GP21和GP179之间的短臂区域编码对P infestans的抗性，这个区域包含多个与马铃薯晚疫病抗性相关的数量性状位点（QTL），这些抗病基因的成簇分布表明它们可能是通过基因复制从同一祖先演化而来的，在此过程中同时也伴随着功能分化。
2002年，Ballvora 等[10]构建了R1基因位点区域的高分辨率图谱，并通过图位克隆结合候选基因方法克隆了该基因。R1包含1 293个氨基酸，相对分子量1494 kD，蛋白结构分析表明，R1包含一个保守的核苷酸结合位点（NBS）、一个富亮氨酸重复序列（LRR）和一个亮氨酸拉链结构（LZ）。
2005年，Kuang 等[11]在R1基因位点附近构建了3个大约1 Mb的物理图谱，鉴定出3个不同抗性的基因家族，其中之一与R1基因高度同源，另外2个与番茄Prf基因和Bs-4基因同源。对R1同源基因的序列分析表明它们在距离进化树上形成3个明显的进化枝，在R1同源基因的进化枝上有频繁的序列交换。这些结果表明R1同源基因包括3组不同的抗病基因，并且由于组内成员频繁的序列交换而使这些基因具有特定的嵌合体结构，属于Ⅰ型R基因，该发现也表明Ⅰ型和Ⅱ型R基因可能具有相同的分化机制。
112R2和R2-like基因Li等（1998）[12]利用四倍体作图群体EJ96-4061将R2基因定位在马铃薯第Ⅳ号染色体上，并利用集群分析（BSA）法获得了与R2位点紧密连锁的11个AFLP标记。Park等（2005）[13]进一步利用二倍体作图群体发现了与R2连锁的2个基因：R2-like和一个未知基因，并获得了R2-like位点的55个AFLP标记，利用R2-like位点的2个侧翼标记对1 586个后代分离群体进行筛选，获得了该区间的103个重组体，成功构建了R2-like位点的高分辨率遗传图谱，并将R2-like定位于马铃薯第Ⅳ号染色体的04 cM区域内，同时获得了与R2-like基因共分离的4个AFLP标记。
Lokossou等（2009）[14]利用R2-like位点和Rpi-blb3位点区域的高分辨率遗传图谱，结合等位基因发掘的策略克隆了R2和R2-like， R2和R2-like均无内含子，属于LZ-NBS-LRR型基因，R2和R2-like编码的LRR区高度同源，R2的LRR区比R2-like多了一段LRR2和LRR3间的氨基酸插入。
113R3基因位点马铃薯抗晚疫病主效位点（Major late blight resistance complex，MLB）的R3单倍型有3个抗病基因簇，其中2个基因簇中的基因具有抗病功能，分别是R3a和R3b[15]，这2个基因之间遗传距离为04 cM，且具有不同的抗病特性。进一步研究发现，马铃薯MLB的R3位点和番茄的抗枯萎病位点I2具有共线性，都位于Ⅺ号染色体的末端，同属于复合抗病基因位点，且R3位点的3个基因簇中的40个抗病基因类似物都属于CC-NBS-LRR类型。
① R3a基因：R3a与I2结构相似，其核苷酸和氨基酸序列分别有88%和83%的一致性，R3a基因编码区长度3 849 bp，编码一个由1 282个氨基酸组成的多肽，相对分子量1459 kD，特异识别无毒基因Avr3a，符合典型的基因对基因学说[16]。在R3a位点的复杂基因簇内，至少含有3个能够表达的同源序列：I2GA1、I2GA3和I2GA4，利用重叠延伸PCR将R3a与同源序列I2GA1的CC、NBS、LRR三个结构域互换，发现R3a的表达量和特异识别Avr3a诱导产生HR反应的速度在两者间无明显差别，并且R3a特异识别Avr3a的关键序列位于LRR结构域内[17]。 ②R3b基因：R3b是R3a的姊妹基因，位于马铃薯第Ⅺ号染色体的短臂上，二者相距04 cM，具有不同的抗病特性，该基因于2011年被克隆出来[18]，序列分析表明，R3b基因不含内含子，由一个完整的ORF组成，包含3 855 bp，编码1 284个氨基酸，与R3a具有82%的核苷酸序列一致性和73%的氨基酸序列一致性，同属于CC-NBS-LRR型抗病基因。进一步对R3a和R3b的LRR结构域分析表明，R3a基因编码29个LRRs，而R3b基因只编码28个LRRs，且这2个基因还各自编码2个各自特有的LRRs。
利用抗病基因和病原效应子共注射烟草发现，R3b基因特异识别其相应的无毒基因Avr3b，但不能识别无毒因子Avr3a，R3a基因也不能识别Avr3b，二者具有不同的识别特异性。这也是继在马铃薯第Ⅳ号染色体上发现Rpi-mcd1和Rpi-blb3基因后，发现的同一个抗病位点上存在两个功能性抗病基因（R3b和R3a）的另一个范例。
114R8基因晚疫病抗性基因R8是主效单基因，位于第Ⅸ号染色体长臂末端[19]，该区域至少存在3个抗性基因簇。同时，Jo 等（2011）[19]还开发了R8侧翼近端粒区的2个标记CDPSw54和CDPSw55（与R8的遗传距离为1 cM）和远端粒区3个标记CDPTm21-1、CDPTm21-2和CDPTm22（与R8最近的遗传距离为2 cM），并获得了与R8共分离标记CDPHero3，这为分子标记辅助育种和R8的图位克隆奠定了基础。
115R10基因马铃薯抗晚疫病基因R10位于第Ⅺ号染色体的短臂末端，与已克隆的R3a基因同属于抗晚疫病主效位点的单倍型，徐建飞等（2008）[20]利用比较基因组学结合BSA分析方法构建了R10位点的高分辨率遗传图谱，并将R10定位于标记656T和1001T之间的026 cM区域内。
116R11基因R11为主效单基因，在四倍体马铃薯MaR11中以单拷贝形式存在，利用比较作图和BSA分析将R11定位在第Ⅺ号染色体上[21]，与最近的标记C2_At5g59960距离约为24 cM，R11基因较R3b基因和R10基因更靠近端粒区。
12来源于野生种S bulbocastanum的晚疫病抗性基因
起源于墨西哥和危地马拉地区的二倍体马铃薯S bulbocastanum是一种对晚疫病具有广谱抗性的野生种，因此来源于S bulbocastanum的R基因对晩疫病菌有着相对广谱且持久的抗性。目前，已从该野生种中克隆了多个抗晚疫病基因，这些R基因均具有不同程度的广谱抗病性。
121Rpi-blb1（RB）基因Rpi-blb1（RB）基因位于S bulbocastanum的第Ⅷ号染色体上[22，23]，基因全长3 319 bp，其5′端和3′端分别有130 bp和276 bp的非编码区，包含一个679 bp的内含子，编码970个氨基酸的多肽，相对分子量1103 kD。与其它已知的R蛋白比较发现，Rpi-blb1（RB）编码蛋白与番茄I2蛋白亲缘关系更为接近。进一步研究发现，Rpi-blb1（RB）基因LRR区域的异义突变率与同义突变率的比值（Ka/Ks）小于1，表明Rpi-blb1（RB）可能受到纯化选择作用；LRR区域整体同义突变率（Ks）较高，表明这是个相当古老的基因[24]。
Rpi-blb1（RB）所在区域是一个抗病基因簇，包含Rpi-blb1（RB）在内的4个CC-NBS-LRR型抗性基因，这4个基因高度同源，其中Rpi-blb1（RB）编码21个LRRs，其它3个基因均编码22个LRRs，并且存在点突变或移码突变，可能是假基因。
122Rpi-blb2基因Rpi-blb2基因来源于一个四倍体回交群体ABPT，位于第Ⅵ号染色体上与番茄的Mi-1基因位点相同的区域[25]。对跨越Rpi-blb2位点的ABPT来源的BAC克隆和S bulbocastanum来源的BAC克隆比较分析表明，Rpi-blb2位点至少包含15个Mi-1基因的同源基因，序列分析表明Rpi-blb2和番茄Mi-1基因的编码区有897%的核苷酸序列一致性和82%的氨基酸序列一致性。相对于Mi-1位点，Rpi-blb2位点跨度更大，这表明染色体重组或非对等交换（unequal crossing）在Rpi-blb2位点的进化中发挥了巨大作用。
对Rpi-blb2的LRR区域多态性和进化分析发现，该区域在核酸水平上变异程度很高，而且存在多个突变热点，通过对该区域的Ka/Ks值估算，发现Rpi-blb2的LRR区总体上受到纯化选择，功能保守，但LRR区不同部位所受到的选择压力却不相同。同时，在核酸水平上，Rpi-blb2基因的LRR区域在马铃薯栽培品种和马铃薯野生种之间没有发现明显的分化[26]。
123Rpi-blb3基因Park等（2005）[27]通过绘制Rpi-blb3位点区域的高分辨率遗传图谱，将Rpi-blb3基因定位在第Ⅳ号染色体上093 cM区域内，并利用与Rpi-blb3连锁的标记开发了第Ⅳ号染色体上另外3个晚疫病抗性位点：Rpi-abpt，R2和R2-like。
Lokossou等（2009）[14]图位克隆并分析了Rpi-blb3、Rpi-abpt、R2和R2-like，这4个基因均无内含子，属同一基因家族，是典型的LZ-NBS-LRR型基因，编码区ORF长2 538～2 544 bp，编码845～847个氨基酸，与拟南芥RPP13氨基酸序列一致性为349%。Rpi-blb3、Rpi-abpt、R2和R2-like编码的LRR区高度同源，其中Rpi-abpt的LRR区和R2完全相同。
13来源于其它野生种的晚疫病抗性基因
131来源于S berthaultii 的Rpi-ber1和Rpi-ber2Rauscher 等（2006）[28]将Rpi-ber基因定位在第Ⅹ号染色体上，位于标记CT240和TG63之间的39 cM区域内，并发现Rpi-ber与抗晚疫病基因R1～R11具有不同的抗性。Park等（2009）[29]从两个不同来源的S berthaultii中发现了抗晚疫病基因Rpi-ber1和Rpi-ber2，这2个基因位于Ⅹ号染色体的长臂上，并且紧密连锁。Rpi-ber1基因位于标记CT214和标记TG63之间，而Rpi-ber2基因位于这2个标记的下游，连锁标记的多态性表明Rpi-ber1和Rpi-ber2可能来自于不同的单倍型，但根据上述3个基因的位点和来源推测，Rpi-ber和Rpi-ber1可能是同一个基因。 132来源于S venturii 的Rpi-vnt11和Rpi-vnt13Rpi-vnt11和Rpi-vnt13被定位在S venturii第Ⅸ号染色体上[30]，均属于CC-NBS-LRR型基因，分别编码891个和905个氨基酸的多肽，Rpi-vnt11和Rpi-vnt13与番茄花叶病毒抗性蛋白Tm-22具有75%的氨基酸序列一致性，并且Rpi-vnt11和Rpi-vnt13基因编码的LRR区域仅有2个氨基酸不同，而Rpi-vnt13在其N端有14个氨基酸插入。尽管Rpi-vnt11和Rpi-vnt13结构有所不同，但具有相同的广谱抗性。
133来源于S ruiz-ceballosii 的Rpi-rzc1Rpi-rzc1被定位在第Ⅹ号染色体上，距离TG403标记104 cM的区域内[31]，根据已知染色体位点的1 603个DArT标记和48个特异性PCR标记构建了总长1 2048 cM的遗传连锁图谱。研究发现Rpi-rzc1基因和与其相距34 cM的F位点编码紫色花色的基因紧密连锁，这一发现为从杂交后代选择含有Rpi-rzc1基因的抗性个体提供了依据。
134其它抗性基因为了获得马铃薯对晚疫病的持久抗性，研究者从其它野生种中鉴定出了更多的抗性基因：Rpi-moc1基因（S mochiquense）[32]，Rpi1基因（S pinnatisectum）[33]，Rpi-mcd1基因（S microdontum）[34]，Rpi-phu1基因（S phureja）[35]，Rpi-dlc1基因（S dulcamara）[36]，这些非小种专化抗性基因的发现为马铃薯抗晚疫病育种提供了更为丰富的基因资源。
2马铃薯抗晚疫病基因的应用
马铃薯是同源四倍体作物，基因组高度杂合，常规育种过程复杂、耗时长且存在连锁累赘，所以从抗晚疫病的野生种质资源中分离抗病基因并导入栽培品种中，是防治马铃薯晚疫病的有效方法。最初，育种学家将野生种S demissum中的主效抗病基因（R1～R11）导入到栽培品种Stuberosum中，但是晚疫病菌小种变异极快，这些主效抗病基因的抗病性很快被克服。因此，研究者们开始利用其它非小种专化抗性的广谱抗性基因或多个抗性基因的叠加来实现马铃薯抗晚疫病的持久抗性。其中，广谱抗性基因RB（ Rpi-blb1）是应用最为广泛的基因之一，将RB通过农杆菌介导法导入栽培品种S tuberosum中[37]，转基因植株获得了对晚疫病的持久抗性，田间试验表明RB基因的导入不仅使转基因植株获得了持久抗性，而且对马铃薯块茎的大小和产量均无影响。
将多个晚疫病抗性基因（R基因）同时导入易感栽培品种中，利用R基因堆叠（R gene stacking）可延迟晚疫病发病[38]。马铃薯Sarpo Mira是通过常规育种获得的具有水平抗性的栽培品种，研究发现Sarpo Mira中至少包含5个R基因堆叠[39]。通过田间试验和离体叶片检测发现，马铃薯抗性鉴别寄主MaR8和MaR9也具有广谱抗性[40]， MaR8至少含有4个抗性基因：R3a、R3b、R4、R8，MaR9至少含有7个抗性基因：R1、Rpi-abpt1、R3a、R3b、R4、R8、R9。多基因堆叠扩大了寄主识别晚疫病菌的范围，在田间试验中，多基因堆叠明显延迟了晚疫病的传播和发展；值得注意的是，只含有R8基因的植株推迟效果更显著。最近，Rpi-sto1（S stoloniferum）、Rpi-vnt11（S venturii）、Rpi-blb3（S bulbocastanum）这3个广谱抗性基因被导入到易感品种Desiree中[41]，离体叶片检测表明，转基因植株获得了抗病功能，其抗性范围是这3个基因单个抗性范围的叠加，且没有基因沉默和其它不利影响。
3展望
马铃薯抗晚疫病育种已有100多年的历史，抗晚疫病基因的获得对了解野生群体晚疫病的抗性机制和提高马铃薯抗病育种效率具有重要意义；也为利用已克隆的抗病基因、研究R基因与晚疫病菌互作的分子机制、探索植物抗病机理提供了重要参考。晚疫病菌[8]和马铃薯单倍体[42]的全基因组测序已经完成，人们获得了马铃薯单倍体和晚疫病菌基因组的完整信息，在未来马铃薯晚疫病的防治中基本达到了“知己知彼”。 马铃薯栽培种为同源四倍体，单倍型之间差异较大，仍有3套基因组尚待完成，正如2011年7月10日的《New Scientist》上有篇题为“One potato genome unravelled， three to go”的评论，提示马铃薯基因组研究还有很长的路要走。随着现代分子生物学研究的不断深入、测序技术的改进及转基因体系和相关理论的逐步完善，将会有大量抗晚疫病基因得以定位和克隆，为利用多基因叠加（R gene stacking）及田间抗病基因多态性（polyculture）有效防治马铃薯晚疫病及进行马铃薯抗晚疫病育种等提供重要基因资源，也为真正实现分子育种开辟新的途径。参考文献：
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关键词：马铃薯；晚疫病；抗性基因
中图分类号：S43532文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）01-0141-04
马铃薯晚疫病是由致病疫霉菌（Phytophthora infestans）引起的马铃薯第一大毁灭性病害，可引起马铃薯大规模减产。19世纪中叶晚疫病的发生导致了举世闻名的爱尔兰大饥荒[1]（The Great Irish Famine），致使数百万人死亡或流离失所。该病在世界范围内广泛传播，每年在全球造成损失约170亿美元，我国的减产损失也在10亿美元以上[2]。在发展中国家，每年用于治理晚疫病的花费高达35亿美元。
导致晚疫病的致病疫霉菌是一种高度可变的病菌[3]，晚疫病菌群体中出现的A2交配型和原来的A1交配型在大田条件下即可进行有性杂交并产生可以越冬的卵孢子[4]，进一步增加了该病原的变异性和危害性；全基因组测序发现，晚疫病菌的基因组容量高达240 Mb，是迄今发现的囊泡藻界（Chromalveolata）中最大、最复杂的基因组[5]，被认为是进化潜力最高、风险最大、最易克服单个抗病基因或少数几个抗病基因累加系的病原之一。因此，防治马铃薯晚疫病仍是当前马铃薯生产和育种的重中之重。
马铃薯晚疫病的化学防治主要是应用抗真菌剂[6，7]，但成本高、易导致环境污染。随着现代分子生物学和基因工程技术的发展，从马铃薯抗晚疫病野生种质资源中分离抗病基因，并进行基因转化导入栽培种中，已经成为马铃薯抗病育种的一个重要途径[8]。本文将对马铃薯野生种中抗晚疫病基因的分离、定位及应用进行概述。
1马铃薯晚疫病抗性基因定位与分离
11来源于S demissum的晚疫病抗性基因
来自于墨西哥的六倍体野生种S demissum不仅高抗晚疫病，而且易与四倍体栽培品种S tuberosum杂交，是马铃薯晚疫病抗性基因的重要来源。目前，已从该野生种鉴定出11个主效抗病基因（R1～R11）并导入到栽培种中。
111R1基因Leonards-Schippers 等（1994）[9]将R1基因定位在S demissum的第Ⅴ号染色体上，R1位点区域也是各种病原体抗病基因的集中区。研究发现，马铃薯第Ⅴ号染色体上RFLP标记GP21和GP179之间的短臂区域编码对P infestans的抗性，这个区域包含多个与马铃薯晚疫病抗性相关的数量性状位点（QTL），这些抗病基因的成簇分布表明它们可能是通过基因复制从同一祖先演化而来的，在此过程中同时也伴随着功能分化。
2002年，Ballvora 等[10]构建了R1基因位点区域的高分辨率图谱，并通过图位克隆结合候选基因方法克隆了该基因。R1包含1 293个氨基酸，相对分子量1494 kD，蛋白结构分析表明，R1包含一个保守的核苷酸结合位点（NBS）、一个富亮氨酸重复序列（LRR）和一个亮氨酸拉链结构（LZ）。
2005年，Kuang 等[11]在R1基因位点附近构建了3个大约1 Mb的物理图谱，鉴定出3个不同抗性的基因家族，其中之一与R1基因高度同源，另外2个与番茄Prf基因和Bs-4基因同源。对R1同源基因的序列分析表明它们在距离进化树上形成3个明显的进化枝，在R1同源基因的进化枝上有频繁的序列交换。这些结果表明R1同源基因包括3组不同的抗病基因，并且由于组内成员频繁的序列交换而使这些基因具有特定的嵌合体结构，属于Ⅰ型R基因，该发现也表明Ⅰ型和Ⅱ型R基因可能具有相同的分化机制。
112R2和R2-like基因Li等（1998）[12]利用四倍体作图群体EJ96-4061将R2基因定位在马铃薯第Ⅳ号染色体上，并利用集群分析（BSA）法获得了与R2位点紧密连锁的11个AFLP标记。Park等（2005）[13]进一步利用二倍体作图群体发现了与R2连锁的2个基因：R2-like和一个未知基因，并获得了R2-like位点的55个AFLP标记，利用R2-like位点的2个侧翼标记对1 586个后代分离群体进行筛选，获得了该区间的103个重组体，成功构建了R2-like位点的高分辨率遗传图谱，并将R2-like定位于马铃薯第Ⅳ号染色体的04 cM区域内，同时获得了与R2-like基因共分离的4个AFLP标记。
Lokossou等（2009）[14]利用R2-like位点和Rpi-blb3位点区域的高分辨率遗传图谱，结合等位基因发掘的策略克隆了R2和R2-like， R2和R2-like均无内含子，属于LZ-NBS-LRR型基因，R2和R2-like编码的LRR区高度同源，R2的LRR区比R2-like多了一段LRR2和LRR3间的氨基酸插入。
113R3基因位点马铃薯抗晚疫病主效位点（Major late blight resistance complex，MLB）的R3单倍型有3个抗病基因簇，其中2个基因簇中的基因具有抗病功能，分别是R3a和R3b[15]，这2个基因之间遗传距离为04 cM，且具有不同的抗病特性。进一步研究发现，马铃薯MLB的R3位点和番茄的抗枯萎病位点I2具有共线性，都位于Ⅺ号染色体的末端，同属于复合抗病基因位点，且R3位点的3个基因簇中的40个抗病基因类似物都属于CC-NBS-LRR类型。
① R3a基因：R3a与I2结构相似，其核苷酸和氨基酸序列分别有88%和83%的一致性，R3a基因编码区长度3 849 bp，编码一个由1 282个氨基酸组成的多肽，相对分子量1459 kD，特异识别无毒基因Avr3a，符合典型的基因对基因学说[16]。在R3a位点的复杂基因簇内，至少含有3个能够表达的同源序列：I2GA1、I2GA3和I2GA4，利用重叠延伸PCR将R3a与同源序列I2GA1的CC、NBS、LRR三个结构域互换，发现R3a的表达量和特异识别Avr3a诱导产生HR反应的速度在两者间无明显差别，并且R3a特异识别Avr3a的关键序列位于LRR结构域内[17]。 ②R3b基因：R3b是R3a的姊妹基因，位于马铃薯第Ⅺ号染色体的短臂上，二者相距04 cM，具有不同的抗病特性，该基因于2011年被克隆出来[18]，序列分析表明，R3b基因不含内含子，由一个完整的ORF组成，包含3 855 bp，编码1 284个氨基酸，与R3a具有82%的核苷酸序列一致性和73%的氨基酸序列一致性，同属于CC-NBS-LRR型抗病基因。进一步对R3a和R3b的LRR结构域分析表明，R3a基因编码29个LRRs，而R3b基因只编码28个LRRs，且这2个基因还各自编码2个各自特有的LRRs。
利用抗病基因和病原效应子共注射烟草发现，R3b基因特异识别其相应的无毒基因Avr3b，但不能识别无毒因子Avr3a，R3a基因也不能识别Avr3b，二者具有不同的识别特异性。这也是继在马铃薯第Ⅳ号染色体上发现Rpi-mcd1和Rpi-blb3基因后，发现的同一个抗病位点上存在两个功能性抗病基因（R3b和R3a）的另一个范例。
114R8基因晚疫病抗性基因R8是主效单基因，位于第Ⅸ号染色体长臂末端[19]，该区域至少存在3个抗性基因簇。同时，Jo 等（2011）[19]还开发了R8侧翼近端粒区的2个标记CDPSw54和CDPSw55（与R8的遗传距离为1 cM）和远端粒区3个标记CDPTm21-1、CDPTm21-2和CDPTm22（与R8最近的遗传距离为2 cM），并获得了与R8共分离标记CDPHero3，这为分子标记辅助育种和R8的图位克隆奠定了基础。
115R10基因马铃薯抗晚疫病基因R10位于第Ⅺ号染色体的短臂末端，与已克隆的R3a基因同属于抗晚疫病主效位点的单倍型，徐建飞等（2008）[20]利用比较基因组学结合BSA分析方法构建了R10位点的高分辨率遗传图谱，并将R10定位于标记656T和1001T之间的026 cM区域内。
116R11基因R11为主效单基因，在四倍体马铃薯MaR11中以单拷贝形式存在，利用比较作图和BSA分析将R11定位在第Ⅺ号染色体上[21]，与最近的标记C2_At5g59960距离约为24 cM，R11基因较R3b基因和R10基因更靠近端粒区。
12来源于野生种S bulbocastanum的晚疫病抗性基因
起源于墨西哥和危地马拉地区的二倍体马铃薯S bulbocastanum是一种对晚疫病具有广谱抗性的野生种，因此来源于S bulbocastanum的R基因对晩疫病菌有着相对广谱且持久的抗性。目前，已从该野生种中克隆了多个抗晚疫病基因，这些R基因均具有不同程度的广谱抗病性。
121Rpi-blb1（RB）基因Rpi-blb1（RB）基因位于S bulbocastanum的第Ⅷ号染色体上[22，23]，基因全长3 319 bp，其5′端和3′端分别有130 bp和276 bp的非编码区，包含一个679 bp的内含子，编码970个氨基酸的多肽，相对分子量1103 kD。与其它已知的R蛋白比较发现，Rpi-blb1（RB）编码蛋白与番茄I2蛋白亲缘关系更为接近。进一步研究发现，Rpi-blb1（RB）基因LRR区域的异义突变率与同义突变率的比值（Ka/Ks）小于1，表明Rpi-blb1（RB）可能受到纯化选择作用；LRR区域整体同义突变率（Ks）较高，表明这是个相当古老的基因[24]。
Rpi-blb1（RB）所在区域是一个抗病基因簇，包含Rpi-blb1（RB）在内的4个CC-NBS-LRR型抗性基因，这4个基因高度同源，其中Rpi-blb1（RB）编码21个LRRs，其它3个基因均编码22个LRRs，并且存在点突变或移码突变，可能是假基因。
122Rpi-blb2基因Rpi-blb2基因来源于一个四倍体回交群体ABPT，位于第Ⅵ号染色体上与番茄的Mi-1基因位点相同的区域[25]。对跨越Rpi-blb2位点的ABPT来源的BAC克隆和S bulbocastanum来源的BAC克隆比较分析表明，Rpi-blb2位点至少包含15个Mi-1基因的同源基因，序列分析表明Rpi-blb2和番茄Mi-1基因的编码区有897%的核苷酸序列一致性和82%的氨基酸序列一致性。相对于Mi-1位点，Rpi-blb2位点跨度更大，这表明染色体重组或非对等交换（unequal crossing）在Rpi-blb2位点的进化中发挥了巨大作用。
对Rpi-blb2的LRR区域多态性和进化分析发现，该区域在核酸水平上变异程度很高，而且存在多个突变热点，通过对该区域的Ka/Ks值估算，发现Rpi-blb2的LRR区总体上受到纯化选择，功能保守，但LRR区不同部位所受到的选择压力却不相同。同时，在核酸水平上，Rpi-blb2基因的LRR区域在马铃薯栽培品种和马铃薯野生种之间没有发现明显的分化[26]。
123Rpi-blb3基因Park等（2005）[27]通过绘制Rpi-blb3位点区域的高分辨率遗传图谱，将Rpi-blb3基因定位在第Ⅳ号染色体上093 cM区域内，并利用与Rpi-blb3连锁的标记开发了第Ⅳ号染色体上另外3个晚疫病抗性位点：Rpi-abpt，R2和R2-like。
Lokossou等（2009）[14]图位克隆并分析了Rpi-blb3、Rpi-abpt、R2和R2-like，这4个基因均无内含子，属同一基因家族，是典型的LZ-NBS-LRR型基因，编码区ORF长2 538～2 544 bp，编码845～847个氨基酸，与拟南芥RPP13氨基酸序列一致性为349%。Rpi-blb3、Rpi-abpt、R2和R2-like编码的LRR区高度同源，其中Rpi-abpt的LRR区和R2完全相同。
13来源于其它野生种的晚疫病抗性基因
131来源于S berthaultii 的Rpi-ber1和Rpi-ber2Rauscher 等（2006）[28]将Rpi-ber基因定位在第Ⅹ号染色体上，位于标记CT240和TG63之间的39 cM区域内，并发现Rpi-ber与抗晚疫病基因R1～R11具有不同的抗性。Park等（2009）[29]从两个不同来源的S berthaultii中发现了抗晚疫病基因Rpi-ber1和Rpi-ber2，这2个基因位于Ⅹ号染色体的长臂上，并且紧密连锁。Rpi-ber1基因位于标记CT214和标记TG63之间，而Rpi-ber2基因位于这2个标记的下游，连锁标记的多态性表明Rpi-ber1和Rpi-ber2可能来自于不同的单倍型，但根据上述3个基因的位点和来源推测，Rpi-ber和Rpi-ber1可能是同一个基因。 132来源于S venturii 的Rpi-vnt11和Rpi-vnt13Rpi-vnt11和Rpi-vnt13被定位在S venturii第Ⅸ号染色体上[30]，均属于CC-NBS-LRR型基因，分别编码891个和905个氨基酸的多肽，Rpi-vnt11和Rpi-vnt13与番茄花叶病毒抗性蛋白Tm-22具有75%的氨基酸序列一致性，并且Rpi-vnt11和Rpi-vnt13基因编码的LRR区域仅有2个氨基酸不同，而Rpi-vnt13在其N端有14个氨基酸插入。尽管Rpi-vnt11和Rpi-vnt13结构有所不同，但具有相同的广谱抗性。
133来源于S ruiz-ceballosii 的Rpi-rzc1Rpi-rzc1被定位在第Ⅹ号染色体上，距离TG403标记104 cM的区域内[31]，根据已知染色体位点的1 603个DArT标记和48个特异性PCR标记构建了总长1 2048 cM的遗传连锁图谱。研究发现Rpi-rzc1基因和与其相距34 cM的F位点编码紫色花色的基因紧密连锁，这一发现为从杂交后代选择含有Rpi-rzc1基因的抗性个体提供了依据。
134其它抗性基因为了获得马铃薯对晚疫病的持久抗性，研究者从其它野生种中鉴定出了更多的抗性基因：Rpi-moc1基因（S mochiquense）[32]，Rpi1基因（S pinnatisectum）[33]，Rpi-mcd1基因（S microdontum）[34]，Rpi-phu1基因（S phureja）[35]，Rpi-dlc1基因（S dulcamara）[36]，这些非小种专化抗性基因的发现为马铃薯抗晚疫病育种提供了更为丰富的基因资源。
2马铃薯抗晚疫病基因的应用
马铃薯是同源四倍体作物，基因组高度杂合，常规育种过程复杂、耗时长且存在连锁累赘，所以从抗晚疫病的野生种质资源中分离抗病基因并导入栽培品种中，是防治马铃薯晚疫病的有效方法。最初，育种学家将野生种S demissum中的主效抗病基因（R1～R11）导入到栽培品种Stuberosum中，但是晚疫病菌小种变异极快，这些主效抗病基因的抗病性很快被克服。因此，研究者们开始利用其它非小种专化抗性的广谱抗性基因或多个抗性基因的叠加来实现马铃薯抗晚疫病的持久抗性。其中，广谱抗性基因RB（ Rpi-blb1）是应用最为广泛的基因之一，将RB通过农杆菌介导法导入栽培品种S tuberosum中[37]，转基因植株获得了对晚疫病的持久抗性，田间试验表明RB基因的导入不仅使转基因植株获得了持久抗性，而且对马铃薯块茎的大小和产量均无影响。
将多个晚疫病抗性基因（R基因）同时导入易感栽培品种中，利用R基因堆叠（R gene stacking）可延迟晚疫病发病[38]。马铃薯Sarpo Mira是通过常规育种获得的具有水平抗性的栽培品种，研究发现Sarpo Mira中至少包含5个R基因堆叠[39]。通过田间试验和离体叶片检测发现，马铃薯抗性鉴别寄主MaR8和MaR9也具有广谱抗性[40]， MaR8至少含有4个抗性基因：R3a、R3b、R4、R8，MaR9至少含有7个抗性基因：R1、Rpi-abpt1、R3a、R3b、R4、R8、R9。多基因堆叠扩大了寄主识别晚疫病菌的范围，在田间试验中，多基因堆叠明显延迟了晚疫病的传播和发展；值得注意的是，只含有R8基因的植株推迟效果更显著。最近，Rpi-sto1（S stoloniferum）、Rpi-vnt11（S venturii）、Rpi-blb3（S bulbocastanum）这3个广谱抗性基因被导入到易感品种Desiree中[41]，离体叶片检测表明，转基因植株获得了抗病功能，其抗性范围是这3个基因单个抗性范围的叠加，且没有基因沉默和其它不利影响。
3展望
马铃薯抗晚疫病育种已有100多年的历史，抗晚疫病基因的获得对了解野生群体晚疫病的抗性机制和提高马铃薯抗病育种效率具有重要意义；也为利用已克隆的抗病基因、研究R基因与晚疫病菌互作的分子机制、探索植物抗病机理提供了重要参考。晚疫病菌[8]和马铃薯单倍体[42]的全基因组测序已经完成，人们获得了马铃薯单倍体和晚疫病菌基因组的完整信息，在未来马铃薯晚疫病的防治中基本达到了“知己知彼”。 马铃薯栽培种为同源四倍体，单倍型之间差异较大，仍有3套基因组尚待完成，正如2011年7月10日的《New Scientist》上有篇题为“One potato genome unravelled， three to go”的评论，提示马铃薯基因组研究还有很长的路要走。随着现代分子生物学研究的不断深入、测序技术的改进及转基因体系和相关理论的逐步完善，将会有大量抗晚疫病基因得以定位和克隆，为利用多基因叠加（R gene stacking）及田间抗病基因多态性（polyculture）有效防治马铃薯晚疫病及进行马铃薯抗晚疫病育种等提供重要基因资源，也为真正实现分子育种开辟新的途径。参考文献：
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