近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院陳功友課題組題為“Increasing resistance to bacterial leaf streak in rice by editing the promoter of susceptibility gene OsSULRT3;6”的研究簡報。該研究利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)，對水稻細(xì)菌性條斑病（簡稱條斑病）感病基因OsSULRT3;6的啟動子區(qū)進(jìn)行編輯，有效提高了水稻對條斑病的抗性。

 

　　由稻黃單胞菌稻生致病變種（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的水稻條斑病是水稻生產(chǎn)中嚴(yán)重的細(xì)菌性病害，危害性僅次于稻瘟病、白葉枯病和紋枯病后。水稻條斑病發(fā)病范圍廣，在我國水稻產(chǎn)區(qū)呈區(qū)域性和間歇性成災(zāi)，特別是在南方稻區(qū)發(fā)病嚴(yán)重。Xoc主要通過葉的氣孔和傷口侵染水稻，定殖于薄壁細(xì)胞間危害，受平行葉脈的限制，表現(xiàn)為條形水漬狀壞死病斑，潮濕時病斑上產(chǎn)生串珠狀黃色菌膿。

 

　　培育抗病水稻品種是防控病害最經(jīng)濟(jì)最綠色最有效的方法，但相較于由稻黃單胞菌稻致病變種（X. oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白葉枯病，針對水稻條斑病的抗病基因鮮有報道。水稻條斑病菌由III型分泌系統(tǒng)分泌的轉(zhuǎn)錄激活類效應(yīng)子（transcriptional activator-like effectors, TALEs）是主要致病因子，TALE蛋白通過其中間重復(fù)區(qū)可變氨基酸（RVD）識別并結(jié)合寄主感病基因啟動子區(qū)的效應(yīng)子結(jié)合原件（effector-binding elements，EBEs），激活感病基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，使寄主感病。鑒定TALE蛋白在寄主中的靶標(biāo)基因，利用基因編輯技術(shù)修飾感病基因EBE，是提高寄主抗病性的有效手段。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，中國Xoc菌株RS105中存在的Tal5d，其10位的RVD不同于菲律賓來源的BLS256菌株的Tal2g，也能結(jié)合水稻中編碼硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的OsSULRT3;6基因啟動子，并且兩種類型的TALE蛋白在Xoc菌株中廣泛存在。利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)對OsSULRT3;6的EBE進(jìn)行修飾，獲得了5種修飾類型的水稻純合株系。水稻上致病性測定結(jié)果顯示，EBE序列無論是單個堿基的插入或缺失還是多個堿基的缺失，水稻均顯著提高了對條斑病的抗性，并且感病基因OsSULRT3;6沒有受到病原菌誘導(dǎo)表達(dá)（圖1）。這是所在團(tuán)隊通過基因編輯水稻白葉枯病感病基因培育廣譜抗病新種質(zhì)之后，再次通過基因編輯修飾水稻條斑病感病基因EBE而培育廣譜抗條斑病水稻新種質(zhì)的研究報道。

　　圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強(qiáng)水稻條斑病的抗性

 

　　上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士研究生徐夏萌、博士后徐正銀為本文共同第一作者，陳功友教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金（31830072）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0100601）和國家轉(zhuǎn)基因重大專項（2016ZX08001-002）的資助。圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強(qiáng)水稻條斑病的抗性

 

　　全文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13602