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(dá)40％以上。近日，中國科學(xué)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(guān)遺傳等位的精準(zhǔn)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(shù)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(shù)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(fù)面效應(yīng)，極大地限制了感病基因在植物抗病育種中的應(yīng)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(shù)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(shù)，可以直接在小麥主栽品種中創(chuàng)制相應(yīng)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。
