测序技术的不断革新正深刻改变着生命科学的研究格局。以Illumina为代表的二代测序（NGS）长期主导基因组研究，依赖其高通量、低成本的特点，在动植物全基因组重测序、转录组表达谱分析等方面取得显著成效。然而，二代测序固有的短读长（通常为150-300 bp）限制，使其在处理高重复、结构变异丰富的复杂基因组（如小麦、甘蔗、油菜）时面临重大挑战，尤其是在抗病基因如NLR（nucleotide-binding leucine-rich repeat）类基因聚集的区域，易导致组装碎片化、错配以及关键功能基因的遗漏。PacBio HiFi测序能生成长度达10–25 kb、准确率高达99.9%的Reads，特别适用于复杂结构区段的解析，极大提升了结构变异（SV）、拷贝数变异（CNV）与嵌合融合结构的识别能力，为植物复杂基因组解析和性状基因克隆提供了革命性解决方案。

在植物育种领域，特别是抗病育种中，精确、高效地鉴定与克隆抗病基因至关重要。植物免疫系统中的NLR类受体蛋白，常在基因组中呈簇状分布、拷贝多样、结构复杂，这些区域往往是短读长测序无法有效覆盖的“难点区域”。HiFi测序凭借其卓越的解析力，已成为当今植物功能基因组学和抗病育种研究中不可或缺的技术核心。下面将通过两项基于HiFi测序的最新研究，详细阐述其在小麦抗病基因发掘中的实际应用与优势。

1 / TdCNL1/TdCNL5基因对赋予白粉病抗性

2 / TdNLR1/TdNLR2基因对赋予条锈病抗性

野生二粒小麦是现代面包小麦的祖先，通过长期适应复杂环境积累了丰富的遗传变异。然而，野生二粒小麦中的MlIW170/Pm26和 YrTD121位点仅在少数野生二粒小麦种群中存在，并未参与面包小麦的驯化或进化过程。研究人员通过将野生二粒小麦与高产面包小麦品种杂交，并采用分子标记辅助选择进行连续回交，成功培育出携带MlIW170/Pm26和YrTD121的高产抗病种质资源。这些发现为培育广谱多抗小麦品种提供了重要的抗病基因资源和理论依据。

图3.野生二粒小麦抗白粉病基因Pm26和抗条锈病基因YrTD121的克隆及其育种应用（图片来源：IGDB）

上述刘志勇团队的两项研究充分展示了HiFi测序在植物复杂基因组结构解析、抗病基因克隆与功能鉴定中的巨大潜力和独特价值。值得一提的是，这并不是该团队首次利用HiFi测序发现小麦抗性基因，2024年在发表于《Nature Communications》的“A membrane associated tandem kinase from wild emmer wheat confers broad-spectrum resistance to powdery mildew”中，他们通过图位克隆、HiFi测序、诱变和转基因实验分析了野生二粒小麦中编码跨膜结构域串联激酶（WTK7-TM）的广谱白粉病抗性基因Pm36。而2025年3月，刘志勇研究员领衔的植物免疫团队及合作者，在《Science》发表了一篇题为 “A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens” 的研究论文，揭示了植物免疫系统中串联激酶与非典型NLR蛋白协同抵御病原菌入侵的全新免疫机制。这些发现不仅丰富了我们对植物免疫系统运作的理解，还为开发新的广谱抗病小麦品种提供了宝贵的资源和理论支持。

随着测序成本持续下降与生物信息分析工具不断优化，HiFi测序将在泛基因组构建、种质资源库挖掘、精准分子设计育种中发挥越来越关键的作用。其与多组学数据整合（转录组、甲基组、表型组）及人工智能辅助分析相结合，或将加速作物育种从经验驱动走向数据驱动，为保障全球粮食安全、培育新型抗逆高产作物提供坚实的技术支撑与理论基础。