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广谱抗白叶枯病水稻可通过基因编辑手段创造!

更新时间:2019-11-03 点击量:573

水稻白叶枯病是水稻重要的三大病害之一,该病由水稻黄单胞菌水稻致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)引起,自然条件下由水稻的伤口或水孔侵入水稻叶片,进入木质部进行繁殖,由叶片向叶鞘侵染,造成叶片枯萎,并最终导致水稻严重减产甚至绝收,严重威胁到水稻生产和粮食安全。

 

研究表明,Xoo中转录因子类似效应蛋白TALE是一类重要的毒性因子,其通过Ⅲ型分泌系统进入水稻细胞后能够结合到SWEET基因启动子的效应子结合元件(EBE)上,引起该类基因的表达和糖分积累,造成水稻感病。而EBE上的核苷酸变异能够为水稻提供相应病原菌的抗性,因此可以通过基因编辑手段对目标启动子进行编辑创造抗白叶枯病水稻种质。

 

2019年10月29日,Nature Biotechnology杂志在线发表了来自美国密苏里大学哥伦比亚分校植物科学系和唐纳德•丹福斯植物科学中心杨兵课题组题为Broad-spectrum resistance to bacterial blight in rice using genome editing的研究论文。该文章揭示了通过修饰水稻中多个OsSWEET基因启动子培育了广谱抗白叶枯病水稻

 

 

文章中作者利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对水稻中能够被病原体TALE识别的SWEET11SWEET13SWEET14三个基因启动子上的EBE区域进行多重编辑最终获得了对白叶枯病具有广谱抗性的水稻材料。

 

 

与该文章同一天发表Nature Biotechnology的是来自德国杜塞尔多夫大学Wolf B. Frommer课题组等题为Diagnostic kit for rice blight resistance的研究论文,研究报道了一种用追踪水稻白叶枯病病原菌及其毒力和抗性基因的试剂盒。

 

 

该试剂盒主要包括一个SWEET启动子数据库SWEETpDB,检测SWEET表达量的SWEEETup,检测SWEET蛋白积累的SWEETacc,检测SWEET靶标的SWEETko突变体,分析Xoo基因型的EBE编辑tester lines SWEETpR,基于地理信息系统的预测工具,以及32个Cas9-free的基因编辑水稻。

 

 

两篇文章发表后,Nature Biotechnology发表题为A SWEET solution to rice blight的评论文章,对以上两项研究进行总结和点评。

 

 

该文章认为以上两项研究在水稻抗白叶枯病面做出了非常引人瞩目的成果,为水稻抗白叶枯病提供了有效的策略。但在正式释放和利用这些材料之前,全基因组的脱靶检测和在不同环境中针对白叶枯病和农艺性状的大田实验是必不可少的。除此之外,基因编辑目前在很多国家还很难作为非转基因概念得到普遍的认识,期待有更加完善的立法尽快将这些研究成果造福社会。

 

 

文献链接:

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0267-z

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0268-y

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0302-0


来源:植物生物技术Pbj

tag: 白叶枯病  水稻  基因编辑  

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