Nature：中美科学家联手利用基因组编辑工具CRISPR-Cas构建出抗病的水稻品系

在一项新的研究中，来自中国华中农业大学、西北农林科技大学、山东省农业科学院、江西省农业科学院和美国加州大学戴维斯分校等研究机构的研究人员利用基因组编辑工具CRISPR-Cas构建出抗病的水稻植物。相关研究结果于2023年6月14日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”。

在中国进行的小规模田间试验表明，通过对最近发现的一个基因进行基因组编辑而开发的这种新水稻品种，既表现出高产量，又对导致一种名为稻瘟病（rice blast）的严重疾病的真菌有抵抗力。水稻是一种重要的作物，养活了世界上一半的人口。

论文共同通讯作者Guotian Li最初在加州大学戴维斯分校Pamela Ronald实验室担任博士后学者时发现了一种称为类病斑突变体（lesion mimic mutant）的突变体。Ronald说，“他的团队能够改进这个基因，使得它对农民可能有用，这是相当大的进步。这使它变得很重要。”

这一发现的根源始于Ronald实验室，他们在那里培育并测序了3200个不同的水稻品系，每个品系都拥有不同的突变。在这些品系中，Guotian发现有一个品系的叶片上有黑斑。

Ronald说，“他发现该品系对细菌感染也有抵抗力，但它非常小，产量低。这种类型的类病斑突变体以前也被发现过，但由于产量低，只有在少数情况下对农民有用。”

利用CRISPR开展研究

Guotian在加入华中农业大学时继续进行这项研究。他使用CRISPR-Cas9分离出与这种类病斑突变体有关的RBL1基因，并使用基因组编辑重建这种抗性特征，最终确定了一个具有良好产量并能抵抗三种不同病原体的品系，包括引起稻瘟病的真菌。

rbl1品系中植物防御相关基因的表达、产量及遗传互补。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06205-2。

Ronald说，在疾病严重的地区进行的小规模田间试验中，这种新水稻品系的产量是被这种真菌破坏的对照水稻的5倍。Ronald说，“稻瘟病是世界上最严重的植物疾病，因为它几乎影响了所有的水稻种植区，也因为水稻是一种巨大的作物。”

未来的应用

这些作者希望在普遍种植的水稻品系中重建这种突变。目前，他们仅在一种并未广泛种植的名为Kitaake的模式品系中优化了这个基因。他们还希望在小麦中靶向相同的基因，以便培育出抗病的小麦。

Ronald说，“很多这样的类病斑突变体已经被发现，但由于产量低而被搁置一边。我们希望人们可以去看看其中的一些类病斑突变体，看看是否可以对它们进行编辑，以便在抗性和高产量之间获得一个很好的平衡。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Gan Sha et al. Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06205-2.

2. Genome editing used to create disease-resistant rice
https://phys.org/news/2023-06-genome-disease-resistant-rice.html