中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所創(chuàng)制培育廣譜高抗白葉枯病水稻新途徑

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所農(nóng)作物基因資源與基因改良國家重大科學(xué)工程作物生物信息學(xué)及應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊，利用基因編輯技術(shù)將“感病”品種水稻轉(zhuǎn)變成廣譜高抗白葉枯病的水稻品種，創(chuàng)制了廣譜高抗白葉枯病水稻培育的新途徑，為有效利用重要的基因核心元件提供了模型。5月7日，相關(guān)研究成果在《分子植物（Molecular Plant）》上在線發(fā)表。

 

　　據(jù)趙開軍研究員介紹，水稻白葉枯病是世界范圍內(nèi)的毀滅性細(xì)菌病害，水稻抗白葉枯病基因 Xa23 是我科學(xué)家從我國野生稻資源中發(fā)掘的，是育種家公認(rèn)的目前最好用的廣譜抗白葉枯病基因，攜帶 Xa23 基因的水稻表現(xiàn)出非常廣譜的白葉枯病抗性。 Xa23 平時不表達(dá)（否則植株會死掉），只是在面臨病原菌侵染時立刻啟動表達(dá)，編碼出強(qiáng)悍的抗病蛋白XA23，該小蛋白直接快速殺死被感染的水稻細(xì)胞，斷絕病原菌的營養(yǎng)供給，從而“餓死”病原菌，保護(hù)了其他未被侵染的水稻細(xì)胞，最終實(shí)現(xiàn)高度抗病。盡管 Xa23 基因源自野生稻，但其開放讀碼框在栽培稻品種中廣泛存在，只是其啟動子區(qū)缺少能監(jiān)測病原菌的元件，因此在面臨白葉枯病菌侵染時， Xa23 不能啟動表達(dá)，所以表現(xiàn)出感病。

 

　　該研究利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的同源重組技術(shù)把監(jiān)測病原菌的啟動子元件定點(diǎn)插入到原本感白葉枯病的水稻品種的基因組中，創(chuàng)制出了對供試的20個白葉枯病菌小種全部高抗的基因編輯株系，證明了可以在一年內(nèi)（兩個世代）將一個“感病品種”轉(zhuǎn)變成廣譜高抗白葉枯病的水稻品種，而且原品種的株高、旗葉長寬、穗數(shù)、穗長、結(jié)實(shí)率、千粒重、單株產(chǎn)量等性狀不受影響。這是對水稻白葉枯病抗性優(yōu)異基因 Xa23 和新興的基因組編輯技術(shù)在水稻改良中應(yīng)用的重大擴(kuò)展，為有效利用重要的基因核心元件提供了模型。

 

　　趙開軍研究員、王春連研究員為論文通訊作者，博士生衛(wèi)正為論文第一作者。該研究得到十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。（通訊員 作科所衛(wèi)斐）

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.05.012