近日，中國農業(yè)科學院作物科學研究所農作物基因資源與基因改良國家重大科學工程作物生物信息學及應用創(chuàng)新團隊，利用基因編輯技術將“感病”品種水稻轉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的毀滅性細菌病害，水稻抗白葉枯病基因 Xa23 是我科學家從我國野生稻資源中發(fā)掘的，是育種家公認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（否則植株會死掉），只是在面臨病原菌侵染時立刻啟動表達，編碼出強悍的抗病蛋白XA23，該小蛋白直接快速殺死被感染的水稻細胞，斷絕病原菌的營養(yǎng)供給，從而“餓死”病原菌，保護了其他未被侵染的水稻細胞，最終實現(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，所以表現(xiàn)出感病。

 

　　該研究利用CRISPR/Cas9介導的同源重組技術把監(jiān)測病原菌的啟動子元件定點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（兩個世代）將一個“感病品種”轉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、結實率、千粒重、單株產量等性狀不受影響。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在水稻改良中應用的重大擴展，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研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。（通訊員 作科所衛(wèi)斐）

 

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