中國(guó)農(nóng)科院植保所合作創(chuàng)制廣譜抗白葉枯和細(xì)菌性條斑病水稻基因編輯新種質(zhì)

　　近日，中國(guó)農(nóng)科院植保所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)科院作科所、西南大學(xué)柑橘所合作在植物學(xué)著名期刊《植物生物技術(shù)》（Plant Biotechnology Journal）在線發(fā)表了題為《Genome editing of a dominant resistance gene for broad-spectrum resistance to bacterial diseases in rice without growth penalty》的研究論文。該研究對(duì)水稻內(nèi)源的缺陷型抗病基因進(jìn)行人工設(shè)計(jì)和基因編輯，快速創(chuàng)制對(duì)白葉枯病和細(xì)菌性條斑病具有穩(wěn)定、持久、復(fù)合、廣譜抗性的水稻新種質(zhì)，為水稻抗病生物育種提供了新策略。

 

　　稻黃單胞菌稻致病變種（ X.oryzae pv. oryzae, Xoo ）引起的白葉枯病和稻生致病變種（ X. oryzae pv. oryzicola, Xoc ）引起的細(xì)菌性條斑病是全球水稻生產(chǎn)中分布最廣、危害最嚴(yán)重的兩種細(xì)菌病害。優(yōu)質(zhì)稻品種南粳46對(duì)白葉枯和細(xì)菌性條斑病只有中等抗性。為了對(duì)南粳46進(jìn)行抗性的快速升級(jí)，研究人員設(shè)計(jì)靶向10個(gè)不同來(lái)源的 Xoo / Xoc 的TALE的EBE組合模塊；通過(guò)基因槍介導(dǎo)的DNA片段Knock-in編輯技術(shù)，將220 bp的外源DNA人工設(shè)計(jì)片段精準(zhǔn)插入到南粳46的 xa23 基因啟動(dòng)子區(qū)的TATA box位置，成功創(chuàng)制純合插入突變體，命名為N46（Xa23R）株系。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)N46（Xa23R）株系攜帶的 Xa23 基因在正常生成環(huán)境中表現(xiàn)為基因沉默，不發(fā)揮功能；編輯植株生長(zhǎng)發(fā)育正常，不影響主要經(jīng)濟(jì)性狀。一旦受到X  oo 和 X  oc 的侵染，便具有識(shí)別保守TALE的能力，并激活 Xa23 的表達(dá)?？剐詼y(cè)試結(jié)果顯示，新種質(zhì)對(duì)中國(guó)、日本、菲律賓的20個(gè)X  oo 標(biāo)準(zhǔn)菌株和中國(guó)各水稻種植區(qū)新分離的30個(gè)流行菌株均表現(xiàn)高抗。接種X  oc 標(biāo)準(zhǔn)菌株和28個(gè)中國(guó)水稻種植區(qū)分離的新菌株，N46（Xa23R）也都表現(xiàn)出高抗。

 

　　中國(guó)農(nóng)科院植保所和西南大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生王美霞為第一作者，中國(guó)農(nóng)科院植保所周煥斌研究員、中國(guó)農(nóng)科院作科所紀(jì)志遠(yuǎn)副研究員及西南大學(xué)柑橘研究所周常勇研究員為共同通訊作者，團(tuán)隊(duì)多名成員共同合作完成，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)宋從鳳教授、中國(guó)農(nóng)科院植保所周雪平教授、北京農(nóng)林科學(xué)院李少芳研究員、揚(yáng)州大學(xué)左示敏教授也參與了研究工作，該研究得到了中國(guó)農(nóng)科院南繁專(zhuān)項(xiàng)和海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的支持。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.14233