在一項新的研究中，來自中國華中農(nóng)業(yè)大學、西北農(nóng)林科技大學、山東省農(nóng)業(yè)科學院、江西省農(nóng)業(yè)科學院和美國加州大學戴維斯分校等研究機構(gòu)的研究人員利用基因組編輯工具CRISPR-Cas構(gòu)建出抗病的水稻植物。相關(guān)研究結(jié)果于2023年6月14日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”。

在中國進行的小規(guī)模田間試驗表明，通過對最近發(fā)現(xiàn)的一個基因進行基因組編輯而開發(fā)的這種新水稻品種，既表現(xiàn)出高產(chǎn)量，又對導致一種名為稻瘟病（rice blast）的嚴重疾病的真菌有抵抗力。水稻是一種重要的作物，養(yǎng)活了世界上一半的人口。

論文共同通訊作者Guotian Li最初在加州大學戴維斯分校Pamela Ronald實驗室擔任博士后學者時發(fā)現(xiàn)了一種稱為類病斑突變體（lesion mimic mutant）的突變體。Ronald說，“他的團隊能夠改進這個基因，使得它對農(nóng)民可能有用，這是相當大的進步。這使它變得很重要?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)的根源始于Ronald實驗室，他們在那里培育并測序了3200個不同的水稻品系，每個品系都擁有不同的突變。在這些品系中，Guotian發(fā)現(xiàn)有一個品系的葉片上有黑斑。

Ronald說，“他發(fā)現(xiàn)該品系對細菌感染也有抵抗力，但它非常小，產(chǎn)量低。這種類型的類病斑突變體以前也被發(fā)現(xiàn)過，但由于產(chǎn)量低，只有在少數(shù)情況下對農(nóng)民有用?！?/p>

利用CRISPR開展研究

Guotian在加入華中農(nóng)業(yè)大學時繼續(xù)進行這項研究。他使用CRISPR-Cas9分離出與這種類病斑突變體有關(guān)的RBL1基因，并使用基因組編輯重建這種抗性特征，最終確定了一個具有良好產(chǎn)量并能抵抗三種不同病原體的品系，包括引起稻瘟病的真菌。

rbl1品系中植物防御相關(guān)基因的表達、產(chǎn)量及遺傳互補。圖片來自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06205-2。

Ronald說，在疾病嚴重的地區(qū)進行的小規(guī)模田間試驗中，這種新水稻品系的產(chǎn)量是被這種真菌破壞的對照水稻的5倍。Ronald說，“稻瘟病是世界上最嚴重的植物疾病，因為它幾乎影響了所有的水稻種植區(qū)，也因為水稻是一種巨大的作物?！?/p>

未來的應用

這些作者希望在普遍種植的水稻品系中重建這種突變。目前，他們僅在一種并未廣泛種植的名為Kitaake的模式品系中優(yōu)化了這個基因。他們還希望在小麥中靶向相同的基因，以便培育出抗病的小麥。

Ronald說，“很多這樣的類病斑突變體已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但由于產(chǎn)量低而被擱置一邊。我們希望人們可以去看看其中的一些類病斑突變體，看看是否可以對它們進行編輯，以便在抗性和高產(chǎn)量之間獲得一個很好的平衡?！保?a >生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Gan Sha et al. Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06205-2.

2. Genome editing used to create disease-resistant rice
https:///news/2023-06-genome-disease-resistant-rice.html