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作科所创制培育广谱高抗白叶枯病水稻新途径

  近日,中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程作物生物信息学及应用创新团队,利用基因编辑技术将“感病”品种水稻转变成广谱高抗白叶枯病的水稻品种,创制了广谱高抗白叶枯病水稻培育的新途径,为有效利用重要的基因核心元件提供了模型。5月7日,相关研究成果在《分子植物(Molecular Plant)》上在线发表。

  据赵开军研究员介绍,水稻白叶枯病是世界范围内的毁灭性细菌病害,水稻抗白叶枯病基因 Xa23 是我科学家从我国野生稻资源中发掘的,是育种家公认的目前最好用的广谱抗白叶枯病基因,携带 Xa23 基因的水稻表现出非常广谱的白叶枯病抗性。 Xa23 平时不表达(否则植株会死掉),只是在面临病原菌侵染时立刻启动表达,编码出强悍的抗病蛋白XA23,该小蛋白直接快速杀死被感染的水稻细胞,断绝病原菌的营养供给,从而“饿死”病原菌,保护了其他未被侵染的水稻细胞,最终实现高度抗病。尽管 Xa23 基因源自野生稻,但其开放读码框在栽培稻品种中广泛存在,只是其启动子区缺少能监测病原菌的元件,因此在面临白叶枯病菌侵染时, Xa23 不能启动表达,所以表现出感病。

  该研究利用CRISPR/Cas9介导的同源重组技术把监测病原菌的启动子元件定点插入到原本感白叶枯病的水稻品种的基因组中,创制出了对供试的20个白叶枯病菌小种全部高抗的基因编辑株系,证明了可以在一年内(两个世代)将一个“感病品种”转变成广谱高抗白叶枯病的水稻品种,而且原品种的株高、旗叶长宽、穗数、穗长、结实率、千粒重、单株产量等性状不受影响。这是对水稻白叶枯病抗性优异基因 Xa23 和新兴的基因组编辑技术在水稻改良中应用的重大扩展,为有效利用重要的基因核心元件提供了模型。

  赵开军研究员、王春连研究员为论文通讯作者,博士生卫正为论文第一作者。该研究得到十三五国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。(通讯员 作科所卫斐)

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