在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自中國(guó)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校等研究機(jī)構(gòu)的研究人員利用基因組編輯工具CRISPR-Cas構(gòu)建出抗病的水稻植物。相關(guān)研究結(jié)果于2023年6月14日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”。

在中國(guó)進(jìn)行的小規(guī)模田間試驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)最近發(fā)現(xiàn)的一個(gè)基因進(jìn)行基因組編輯而開(kāi)發(fā)的這種新水稻品種，既表現(xiàn)出高產(chǎn)量，又對(duì)導(dǎo)致一種名為稻瘟?。╮ice blast）的嚴(yán)重疾病的真菌有抵抗力。水稻是一種重要的作物，養(yǎng)活了世界上一半的人口。

論文共同通訊作者Guotian Li最初在加州大學(xué)戴維斯分校Pamela Ronald實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任博士后學(xué)者時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種稱(chēng)為類(lèi)病斑突變體（lesion mimic mutant）的突變體。Ronald說(shuō)，“他的團(tuán)隊(duì)能夠改進(jìn)這個(gè)基因，使得它對(duì)農(nóng)民可能有用，這是相當(dāng)大的進(jìn)步。這使它變得很重要。”

這一發(fā)現(xiàn)的根源始于Ronald實(shí)驗(yàn)室，他們?cè)谀抢锱嘤y(cè)序了3200個(gè)不同的水稻品系，每個(gè)品系都擁有不同的突變。在這些品系中，Guotian發(fā)現(xiàn)有一個(gè)品系的葉片上有黑斑。

Ronald說(shuō)，“他發(fā)現(xiàn)該品系對(duì)細(xì)菌感染也有抵抗力，但它非常小，產(chǎn)量低。這種類(lèi)型的類(lèi)病斑突變體以前也被發(fā)現(xiàn)過(guò)，但由于產(chǎn)量低，只有在少數(shù)情況下對(duì)農(nóng)民有用?！?/p>

利用CRISPR開(kāi)展研究

Guotian在加入華中農(nóng)業(yè)大學(xué)時(shí)繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究。他使用CRISPR-Cas9分離出與這種類(lèi)病斑突變體有關(guān)的RBL1基因，并使用基因組編輯重建這種抗性特征，最終確定了一個(gè)具有良好產(chǎn)量并能抵抗三種不同病原體的品系，包括引起稻瘟病的真菌。

rbl1品系中植物防御相關(guān)基因的表達(dá)、產(chǎn)量及遺傳互補(bǔ)。圖片來(lái)自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06205-2。

Ronald說(shuō)，在疾病嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行的小規(guī)模田間試驗(yàn)中，這種新水稻品系的產(chǎn)量是被這種真菌破壞的對(duì)照水稻的5倍。Ronald說(shuō)，“稻瘟病是世界上最嚴(yán)重的植物疾病，因?yàn)樗鼛缀跤绊懥怂械乃痉N植區(qū)，也因?yàn)樗臼且环N巨大的作物?！?/p>

未來(lái)的應(yīng)用

這些作者希望在普遍種植的水稻品系中重建這種突變。目前，他們僅在一種并未廣泛種植的名為Kitaake的模式品系中優(yōu)化了這個(gè)基因。他們還希望在小麥中靶向相同的基因，以便培育出抗病的小麥。

Ronald說(shuō)，“很多這樣的類(lèi)病斑突變體已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但由于產(chǎn)量低而被擱置一邊。我們希望人們可以去看看其中的一些類(lèi)病斑突變體，看看是否可以對(duì)它們進(jìn)行編輯，以便在抗性和高產(chǎn)量之間獲得一個(gè)很好的平衡。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

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:///news/2023-06-genome-disease-resistant-rice.html