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基因组编辑已广泛用于基因的功能研究，但在作物改良方面，其潜力尚未充分释放。 华中农业大学植物科学技术学院李国田教授课题组与加州大学戴维斯分校 Pamela C. Ronald 院士课题组合作，通过基因编辑对水稻创制了新基因，可在稳产的前提下显著提高水稻对稻瘟病的抗病能力，对于水稻甚至更多作物的抗病育种、绿色防控有重要意义。 近日，该研究成果以“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”为题发表于 Nature。  大米是世界上一半人口的主食。水稻受稻瘟病、稻曲病、白叶枯病等危害，仅稻瘟病（由真菌 Magnaporthe oryzae 引起）每年导致损失的大米就能喂饱 6000 万人口，植物病害成为全球粮食安全的严重威胁之一。在各种解决方案中，种植具有抗病性，特别是广谱抗病性的作物无疑是最方便、最可持续的方法。 尽管如此重要，目前也只有少数广谱抗病基因被克隆并应用，例如水稻中的 Xa21、bsr-d1、pigm、IPA1、ROD1、UMP1，小麦中的 Lr34 和 PsIPK1，大麦中的 mlo。 在这项工作中，研究人员首先从诱变水稻种群中分离出病变模拟突变体（lesion mimic mutant，LMM）。LMM 是在没有病原体感染或外部刺激的情况下自发形成病变并表现出对病原体抗性的植物。 然而，LMM 通常产量较低，这就是为什么在植物育种中没有充分利用这种赋予植物 LMM 表型的基因——因为缺乏有用的等位基因。 为了挖掘 LMM 基因，研究人员首先对 1500 多个经快中子辐射诱变（一种人工诱变技术）的水稻株系（水稻品种为 Kitaake）进行目视筛选。 在 6 种已鉴定的 LMM 中，名为 rbl1 者显示出对稻瘟病病原体和白叶枯病病原菌的抗性增强，尽管也显示出产量降低。rbl1 中，稻瘟病病原体的感染率（用来感染植物的真菌细胞数量）为 3.4%，与感染普通 Kitaake 植株的 79.8% 相比显著降低。 接下来的功能验证表明，RBL1 基因编码 CDP-DAG 合成酶，参与胞苷二磷酸-二酰甘油合成；通过调控磷脂酰肌醇的生物合成来控制程序性细胞死亡和免疫。 rbl1 株系显示出广谱抗病性，但产量降低了约 20 倍。为了进一步评估不同 RBL1 等位基因对植物产量和免疫力的影响，研究人员使用多重基因组编辑策略设计了向导 RNA，以靶向 RBL1 中的多个位点。 经过基因编辑后的株系中，值得注意的是 rbl1Δ12。rbl1Δ12 有 12bp 的缺失，仅显示从启动阶段开始的微小超敏反应样病变，且籽粒产量正常。 感染测定显示，RBL1Δ12 对 10 个稻瘟病田间菌株、5 个白叶枯菌菌株和 2 个稻曲菌菌株具有抗性。与 Kitaake 相比，在 rbl1Δ12 中，感染稻曲菌水稻的小穗中的霉菌毒素水平降低了 66.2%。 在湖北、江西和海南等地进行的田间试验结果表明，rbl1Δ12 株系稳产，具有显著的抗稻瘟病、白叶枯和稻曲病能力，在稻瘟病害严重发生时能够挽救约 40% 产量损失。 “利用抗病基因防控病害，可以减少甚至不用农药，助推病害绿色防控。”李国田在接受新华网采访时表示，rbl1Δ12 基因在作物中高度保守，可推广应用于日本晴、黄华占、稻花香等水稻品种。此外，经团队初测，该基因在小麦抗锈病和纹枯病上也有显著效果，进一步证明了其在作物抗病育种中的应用潜力。 免责声明：本文旨在传递农业领域最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。 |
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