近日，華中農(nóng)業(yè)大學科研團隊通過基因編輯技術(shù)獲得了對兩種真菌病害具有高抗性的作物。相關(guān)研究以“Editing homologous copies of an essential gene affords crop resistance against two cosmopolitan necrotrophic pathogens（一石二鳥：編輯一個植物基因，防控兩種真菌病害）”為題，在線發(fā)表在Plant Biotechnology Journal。

 

　　在農(nóng)田環(huán)境中，作物往往同時應對多種病原菌的侵染，創(chuàng)制能夠抵御多種病原物的品種將顯著提高作物的生產(chǎn)效益和生態(tài)效益。該研究利用CRISPR/Cas9技術(shù)對油菜中核盤菌效應蛋白的靶標基因BnQCR8進行編輯，獲得了對菌核病和灰霉病抗性均顯著增強的油菜植株。核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea）是典型的死體營養(yǎng)型病原真菌，可分別侵染700和3000多種植物，包括十字花科、茄科、菊科和豆科等科的重要經(jīng)濟作物，引起菌核病和灰霉病，造成巨大的經(jīng)濟損失。但生產(chǎn)上缺乏高抗菌核病和灰霉病的品種，也沒有同時抗兩種病害的品種可供利用。

 

　　QCR8是呼吸鏈上細胞色素b-c1復合物的一個保守亞基，研究發(fā)現(xiàn)QCR8是核盤菌效應蛋白SsSSVP1及其灰葡萄孢同源蛋白BcSSVP1在植物中的靶標蛋白。在油菜中存在8個同源拷貝的QCR8，利用CRISPR/Cas9技術(shù)將油菜中8個同源拷貝進行編輯，分別獲得不同基因型的BnQCR8突變體。核盤菌和灰葡萄孢在BnQCR8突變體（WCR1、WCR2、WCR3、WCR4和WCR5）上形成的病斑面積均顯著小于野生型Westar上的病斑面積。此外，被編輯的BnQCR8基因拷貝數(shù)越多，突變體的抗病能力越強，即突變體株系對核盤菌的抗性與突變體中BnQCR8基因被編輯的數(shù)量呈正相關(guān)，表明編輯BnQCR8基因顯著提高了油菜對菌核?。▓D1 a，c）和灰霉?。▓D1 b，d）的抗性。編輯BnQCR8基因后，對油菜的角果、種子數(shù)量、單株產(chǎn)量、千粒重及種子含油量等沒有顯著性差異影響（圖c），表明編輯BnQCR8基因在抗病分子育種中具有重要的實踐應用價值。

　　圖 T2代BnQCR8突變體對菌核病和灰霉病的抗性（a和b）及成株期表型（c）

 

　　該研究從病原菌致病基因為出發(fā)點，篩選作物中靶標基因，通過基因編輯培育抗病新品種，為提高植物廣譜抗病能力提供了新的研究思路。由于QCR8基因廣泛存在植物之中，編輯其它作物的該基因也極有可能獲得抗病材料，該研究為創(chuàng)制高抗菌核病和灰霉病的作物品種提供了重要的基因資源。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)微生物學國家重點實驗室、湖北省作物病害監(jiān)測和安全控制重點實驗室、植物科學技術(shù)學院博士研究生張學坤為論文第一作者，姜道宏教授為論文通訊作者。本研究得到了財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的資助。

 

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13667