2022-03-01 08:44:57
小麥白粉病是一種世界范圍內(nèi)危害小麥生產(chǎn)的重要病害，重病田減產(chǎn)可達40％以上。近日，中國科學院高彩霞團隊、邱金龍團隊和肖軍團隊合作在《自然》雜志發(fā)表研究論文，闡明了小麥白粉病感病基因MLO的一個新型突變體Tam?lo-R32既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機制；通過多重基因組編輯實現(xiàn)對小麥感病基因MLO相關遺傳等位的精準操控，可使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優(yōu)異性狀。本次研究成果，是利用感病基因進行植物抗病育種研究的重要理論和技術突破，為作物抗病育種研究提供了新的視角，也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新的思路和技術路線。
病原菌的成功侵染需要利用植物感病基因，感病基因的突變通常能夠賦予植物廣譜持久的抗病性。然而，感病基因具有重要的生理功能，其突變大多給植物生長發(fā)育帶來多種負面效應，極大地限制了感病基因在植物抗病育種中的應用。早在2014年，中科院遺傳發(fā)育所高彩霞團隊和微生物所邱金龍團隊就合作利用基因組編輯技術定向突變小麥的感病基因MLO，獲得了對白粉病具有廣譜持久抗性的材料。然而，研究人員也發(fā)現(xiàn)小麥突變體表現(xiàn)出白粉病抗性的同時，也出現(xiàn)了早衰、植株變矮、產(chǎn)量下降等現(xiàn)象，可能限制其在生產(chǎn)上的廣泛應用。
此后，研究團隊在大量的基因組編輯小麥突變體中篩選，獲得了一個新型突變體Tamlo-R32，表現(xiàn)出對白粉菌完全的抗性，同時小麥植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量正常。經(jīng)過七年的通力合作，研究人員最終解析了小麥新型突變體Tam?lo-R32發(fā)揮作用的分子機制，進而克服了感病基因MLO突變引起的負面影響，最終實現(xiàn)了抗病和產(chǎn)量的雙贏。
為將研究成果應用于抗病育種，研究人員一方面利用傳統(tǒng)育種方法將Tamlo-R32突變體的抗病優(yōu)良性狀引入我國小麥主栽品種中。更為重要的是，利用CRISPR多重基因組編輯技術，可以直接在小麥主栽品種中創(chuàng)制相應的基因突變，僅2至3個月就成功在多個小麥主栽品種中獲得了具有廣譜白粉病抗性，且生長和產(chǎn)量均不受影響的小麥種質(zhì)，極大縮短了育種進程。
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