2022-03-01 08:44:57
小麥白粉病是一種世界范圍內(nèi)危害小麥生產(chǎn)的重要病害,重病田減產(chǎn)可達(dá)40%以上。近日,中國(guó)科學(xué)院高彩霞團(tuán)隊(duì)、邱金龍團(tuán)隊(duì)和肖軍團(tuán)隊(duì)合作在《自然》雜志發(fā)表研究論文,闡明了小麥白粉病感病基因MLO的一個(gè)新型突變體Tam?lo-R32既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機(jī)制;通過(guò)多重基因組編輯實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥感病基因MLO相關(guān)遺傳等位的精準(zhǔn)操控,可使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優(yōu)異性狀。本次研究成果,是利用感病基因進(jìn)行植物抗病育種研究的重要理論和技術(shù)突破,為作物抗病育種研究提供了新的視角,也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新的思路和技術(shù)路線。
病原菌的成功侵染需要利用植物感病基因,感病基因的突變通常能夠賦予植物廣譜持久的抗病性。然而,感病基因具有重要的生理功能,其突變大多給植物生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)多種負(fù)面效應(yīng),極大地限制了感病基因在植物抗病育種中的應(yīng)用。早在2014年,中科院遺傳發(fā)育所高彩霞團(tuán)隊(duì)和微生物所邱金龍團(tuán)隊(duì)就合作利用基因組編輯技術(shù)定向突變小麥的感病基因MLO,獲得了對(duì)白粉病具有廣譜持久抗性的材料。然而,研究人員也發(fā)現(xiàn)小麥突變體表現(xiàn)出白粉病抗性的同時(shí),也出現(xiàn)了早衰、植株變矮、產(chǎn)量下降等現(xiàn)象,可能限制其在生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用。
此后,研究團(tuán)隊(duì)在大量的基因組編輯小麥突變體中篩選,獲得了一個(gè)新型突變體Tamlo-R32,表現(xiàn)出對(duì)白粉菌完全的抗性,同時(shí)小麥植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量正常。經(jīng)過(guò)七年的通力合作,研究人員最終解析了小麥新型突變體Tam?lo-R32發(fā)揮作用的分子機(jī)制,進(jìn)而克服了感病基因MLO突變引起的負(fù)面影響,最終實(shí)現(xiàn)了抗病和產(chǎn)量的雙贏。
為將研究成果應(yīng)用于抗病育種,研究人員一方面利用傳統(tǒng)育種方法將Tamlo-R32突變體的抗病優(yōu)良性狀引入我國(guó)小麥主栽品種中。更為重要的是,利用CRISPR多重基因組編輯技術(shù),可以直接在小麥主栽品種中創(chuàng)制相應(yīng)的基因突變,僅2至3個(gè)月就成功在多個(gè)小麥主栽品種中獲得了具有廣譜白粉病抗性,且生長(zhǎng)和產(chǎn)量均不受影響的小麥種質(zhì),極大縮短了育種進(jìn)程。