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廣譜抗白葉枯病水稻可通過基因編輯手段創造!

時間:2019/11/4 10:49:07文章來源:網絡瀏覽次數: 10805

  水稻白葉枯病是水稻重要的三大病害之一,該病由水稻黃單胞菌水稻致病變種(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)引起,自然條件下由水稻的傷口或水孔侵入水稻葉片,進入木質部進行繁殖,由葉片向葉鞘侵染,造成葉片枯萎,并最終導致水稻嚴重減產甚至絕收,嚴重威脅到水稻生產和糧食安全。

    有研究表明,Xoo中轉錄因子類似效應蛋白(TALE)是一類重要的毒性因子,其通過Ⅲ型分泌系統進入水稻細胞后能夠結合到SWEET基因啟動子的效應子結合元件(EBE)上,引起該類基因的表達和糖分積累,造成水稻感病。而EBE上的核苷酸變異能夠為水稻提供相應病原菌的抗性,因此可以通過基因編輯手段對目標啟動子進行編輯創造抗白葉枯病水稻種質。

    2019年10月29日,Nature Biotechnology雜志在線發表了來自美國密蘇里大學哥倫比亞分校植物科學系和唐納德?丹福斯植物科學中心楊兵課題組題為Broad-spectrum resistance to bacterial blight in rice using genome editing的研究論文。該文章揭示了通過修飾水稻中多個OsSWEET基因啟動子培育了廣譜抗白葉枯病水稻。

    文章中作者利用CRISPR-Cas9基因編輯技術對水稻中能夠被病原體TALE識別的SWEET11、SWEET13、SWEET14三個基因啟動子上的EBE區域進行多重編輯,最終獲得了對白葉枯病具有廣譜抗性的水稻材料。

    與該文章同一天發表在Nature Biotechnology的是來自德國杜塞爾多夫大學Wolf B. Frommer課題組等題為Diagnostic kit for rice blight resistance的研究論文,該研究報道了一種用來追蹤水稻白葉枯病病原菌及其毒力和抗性基因的試劑盒。

    該試劑盒主要包括一個SWEET啟動子數據庫SWEETpDB,檢測SWEET表達量的SWEEETup,檢測SWEET蛋白積累的SWEETacc,檢測SWEET靶標的SWEETko突變體,分析Xoo基因型的EBE編輯tester lines SWEETpR,基于地理信息系統的預測工具,以及32個Cas9-free的基因編輯水稻。

    兩篇文章發表后,Nature Biotechnology發表題為A SWEET solution to rice blight的評論文章,對以上兩項研究進行總結和點評。

    該文章認為以上兩項研究在水稻抗白葉枯病方面做出了非常引人矚目的成果,為水稻抗白葉枯病提供了有效的策略。但在正式釋放和利用這些材料之前,全基因組的脫靶檢測和在不同環境中針對白葉枯病和農藝性狀的大田實驗是必不可少的。除此之外,基因編輯目前在很多國家還很難作為非轉基因概念得到普遍的認識,期待有更加完善的立法盡快將這些研究成果造福社會。


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