基因组编辑用于培育抗病水稻

根据6 月 14 日发表在《自然》 杂志上的一项新研究，来自加州大学戴维斯分校的研究人员和一个国际科学家团队使用基因组编辑工具 CRISPR-Cas 培育出了抗病水稻植物。

在中国进行的小规模田间试验表明，通过对新发现的基因进行基因组编辑而培育出的新水稻品种具有高产和对引起严重稻瘟病的真菌的抗性。水稻是一种重要的作物，养活了世界一半的人口。

该研究的共同主要作者 Guotian Li 在加州大学戴维斯分校的 Pamela Ronald 实验室担任博士后学者时，最初发现了一种称为病变模拟突变体的突变体。罗纳德是植物病理学系和基因组中心的共同主要作者和杰出教授。

“他的团队能够改进这种基因，这向前迈出了一大步，使其可能对农民有用。这使得它很重要，”罗纳德说。

这一发现起源于 Ronald 的实验室，他们在那里创建并测序了 3,200 种不同的水稻品系，每一种都具有不同的突变。在这些菌株中，国田发现了一个叶片上有深色斑点的菌株。

“他发现该菌株也能抵抗细菌感染，但它非常小且产量低，”罗纳德说。“之前已经发现了这些类型的‘病变模拟’突变体，但由于产量低，只有在少数情况下它们对农民有用。”

使用 CRISPR

郭田在加入中国武汉的华中农业大学后继续这项研究。

他使用 CRISPR-Cas9 分离与突变相关的基因，并使用基因组编辑重建抗性特征，最终确定了一个产量高且对三种不同病原体具有抗性的品系，包括引起稻瘟病的真菌。

罗纳德说，在疾病严重的地块进行的小规模田间试验中，新水稻的产量是受真菌破坏的对照水稻的五倍。

“稻瘟病是世界上最严重的植物病害，因为它几乎影响所有水稻种植区，而且水稻是一种巨大的作物，”罗纳德说。

未来的应用

研究人员希望在普遍种植的水稻品种中重现这种突变。目前，他们只在一种名为“Kitaake”的模式品种中优化了该基因，该品种并未广泛种植。他们还希望以小麦中的相同基因为目标，培育出抗病小麦。

“许多这些病变模拟突变体已被发现并被搁置一旁，因为它们的产量很低。我们希望人们可以去看看其中的一些，看看他们是否可以对其进行编辑，以在阻力和高收益之间取得良好的平衡，”罗纳德说。

加州大学戴维斯分校植物病理学系和基因组中心的 Rashmi Jain 以及来自深圳华大基因、华中农业大学、江西省农业科学院、西北农林科技大学和中国山东省农业科学院的科学家也为这项研究做出了贡献;劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校;澳大利亚阿德莱德大学;和法国波尔多大学。