6月15日，記者從華中農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，該校農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室李國田教授團(tuán)隊(duì)牽頭完成了一項(xiàng)研究，通過基因編輯創(chuàng)制了增強(qiáng)作物廣譜抗病性且穩(wěn)產(chǎn)的新基因RBL1Δ12，實(shí)現(xiàn)對稻瘟病、白葉枯和稻曲病三病抗性“加持”。14日晚，相關(guān)研究成果在《自然》雜志發(fā)表。

水稻作為全球重要的糧食作物之一，生長過程中常受稻瘟病、稻曲病、白葉枯病等多種病害威脅。

其中，稻瘟病被稱為“水稻癌癥”，在世界各稻區(qū)廣泛分布，是一種毀滅性的真菌病害，全球每年因稻瘟病造成的產(chǎn)量損失達(dá)數(shù)千萬噸。

(相關(guān)資料圖)

培育種植廣譜抗病品種是實(shí)現(xiàn)稻瘟病綠色防控最經(jīng)濟(jì)有效的措施，對保障我國和全球糧食安全具有重要意義。

李國田介紹，在沒有病原菌侵染情況下，類病斑突變體材料可自發(fā)產(chǎn)生超敏反應(yīng)壞死斑，具有廣譜抗病性，但產(chǎn)量較低，限制了類病斑突變體基因在作物抗病育種中的應(yīng)用。

此前，李國田團(tuán)隊(duì)聯(lián)合加州大學(xué)戴維斯分校等研究團(tuán)隊(duì)，在全基因組測序的水稻突變體庫中，篩選到一個(gè)對稻瘟病菌和白葉枯菌都具有良好抗性的類病斑突變體株系RBL1，其突變基因RBL1編碼一個(gè)胞苷二磷酸-二酰甘油合成酶。

進(jìn)一步分析顯示，RBL1突變體細(xì)胞膜PI(4,5)P2含量較野生型顯著減少。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，水稻PI(4,5)P2在稻瘟病菌侵染時(shí)被招募到侵染菌絲周圍，并在稻瘟病菌效應(yīng)蛋白分泌結(jié)構(gòu)中富集，證明PI(4,5)P2在水稻-稻瘟病菌互作中發(fā)揮重要作用。

依此推測，抑制或破壞病原菌特異侵染結(jié)構(gòu)的形成，可能是平衡產(chǎn)量和免疫的一種新策略。

李國田團(tuán)隊(duì)通過對RBL1基因編碼區(qū)多位點(diǎn)進(jìn)行編輯，創(chuàng)制了一個(gè)新基因RBL1Δ12。該基因在作物中高度保守，與傳統(tǒng)抗病基因相比，可打破物種界限、普適性更強(qiáng)，具有巨大抗病育種應(yīng)用潛力。

研究發(fā)現(xiàn)，RBL1Δ12基因顯著增強(qiáng)了水稻對不同地區(qū)分離的10個(gè)稻瘟菌、5個(gè)白葉枯菌和2個(gè)稻曲菌生理小種的抗性。

大田試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，RBL1Δ12株系穩(wěn)產(chǎn)且具有顯著抗稻瘟病能力，在稻瘟病害嚴(yán)重發(fā)生時(shí)能挽救約40%產(chǎn)量損失。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)初步測試，該基因在小麥抗銹病和紋枯病上也有顯著效果，進(jìn)一步證明其在作物抗病育種中的應(yīng)用潛力。

這項(xiàng)研究成果對擴(kuò)大抗病基因來源，推動(dòng)作物抗病育種、植物病害綠色防控意義深遠(yuǎn)。

據(jù)悉，李國田教授團(tuán)隊(duì)博士研究生沙干、孫鵬為本論文共同第一作者，課題組多位學(xué)生參與了研究工作。

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖)

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