甘蔗，这一在全球糖业和能源领域占据重要地位的作物，正面临来自病原菌和害虫的严峻挑战。据统计，每年因这些生物胁迫导致的甘蔗产量损失高达20%，这一数字不仅令种植者蒙受巨大经济损失，更对全球糖业市场造成了连锁反应，导致糖价波动，最终影响到消费者的利益。
与人类相似，植物也拥有自身的免疫系统来抵御外界侵害。在甘蔗体内，NLR基因扮演着“特种部队”的角色，专门负责识别和抵抗病菌的入侵。它们是植物免疫系统的核心组成部分，但值得注意的是，在甘蔗所属的单子叶植物中，TIR-NLR（TNL）亚类在进化过程中已经丢失。
NLR基因编码的蛋白质能够像雷达一样精准探测病菌的攻击，并迅速启动防御反应。然而，甘蔗复杂的基因组结构——多倍体且染色体数目庞大，使得这些抗病基因难以被精确定位。这就好比在没有地图的情况下寻找宝藏，既不知道位置，也不知道形状，极大地降低了抗病品种选育的效率。
为了克服这一难题，中国科学院微生物研究所的林啸研究团队开发了一款名为DaapNLRSeek的新工具，专门用于精准预测甘蔗中的NLR类抗病基因。该工具利用甘蔗的近缘物种——二倍体植物高粱和蔗茅的基因数据作为参考，结合多种技术手段，在多倍体甘蔗基因组中更准确地识别和注释抗病基因。
甘蔗基因组的复杂性主要体现在两个方面：一是其染色体数目高达114条，且呈现非整倍体特征，使得抗病基因的搜索如同在海量信息中寻找特定目标；二是NLR基因家族在进化过程中经常复制、重组，导致序列多变，增加了识别的难度。面对这些挑战，研究团队转变思路，借助甘蔗的近亲物种来辅助定位抗病基因。
通过DaapNLRSeek工具，研究团队在5个甘蔗品种中预测出了20904个NLR基因，这一数量远超传统方法的预测结果。研究还发现了两对“配对NLR基因”，它们像搭档一样工作，一个负责识别病原体，另一个负责激活免疫反应，通过蛋白互作实现精准调控。这些发现为甘蔗抗病育种提供了重要基础。
DaapNLRSeek工具的应用不仅有助于减少对农药的依赖，保护环境，还为甘蔗抗病品种的培育提供了新的途径。同时，这一方法还为小麦、马铃薯等多倍体作物的抗病基因挖掘提供了新思路，对保障全球粮食安全具有重要意义。
随着测序技术的快速发展和成本的降低，近年来高质量甘蔗基因组数据的拼装逐渐成为可能。基于这些数据，科学家们得以在基因层面上深入研究甘蔗的进化及其关键农艺性状的遗传机制。DaapNLRSeek工具的开发正是基于这些已有的数据，挖掘出了甘蔗基因组中隐藏的信息，为未来的绿色农业发展提供了新方向。
