由米黄单胞菌 (Xanthomonas oryzae pv.) 引起的白叶枯病。 oryzae (Xoo) 和由 Xanthomonas oryzae pv. 引起的白叶枯病。 oryzicola (Xoc) 细菌性叶条病是全球水稻生产中两种最广泛、最严重的细菌性疾病。 Xoo和Xoc主要通过多种外分泌效应蛋白（T3SE）干扰水稻的抗病性和敏感性，从而达到感染宿主的目的。 在众多 T3SE 中，转录激活效应器 (TALE) 发挥着关键作用。 它们能够识别并结合易感基因启动子区的特定元件（EBE），激活易感基因的表达，引起水稻的易感性。 米黄单胞菌与水稻长期相互作用过程中，水稻类Executor抗病基因（E）进化出一种特异性的EBE，可以捕获相应的TALE，并通过激活E基因的表达来诱导宿主的细胞程序。 性死亡，最终水稻表现出了抗病能力。 目前，Xa7、Xa10、Xa23、Xa27等E基因已被克隆并广泛应用于水稻抗病育种。 然而，水稻中针对Xoc的E基因尚未被发现，能够有效抵抗Xoc的种质资源稀缺。
优质水稻品种南靖46在江苏等我国其他地区广泛种植，但该品种对白叶枯病和细菌性条斑病的抗性仅中等。 全基因组测序分析发现，南京46携带Xa23等位基因，但启动子区缺乏功能性EBE序列，无法发挥其抗病功能。 为了快速升级对南京46的抗性，研究人员设计了针对10个不同来源的Xoo/Xoc TALE的EBE组合模块； 利用基因枪介导的DNA片段敲入编辑技术，将人工设计的220 bp TALE外源DNA片段精准插入南京46 xa23基因启动子区TATA盒位置，获得纯合插入突变体成功创建，命名为N46（Xa23R）菌株。
本研究发现N46（Xa23R）菌株携带的Xa23基因是基因沉默的，在正常生产环境中不发挥作用； 编辑后的植株生长发育正常，不影响主要经济性状。 一旦被Xoo和Xoc感染，它就有能力识别保守的TALE并激活Xa23的表达。 抗性检测结果表明，新种质对来自中国、日本、菲律宾的20个Xoo标准品系和来自中国各稻区的30个新分离的流行品系表现出较高的抗性。 接种Xoc标准菌株和从中国水稻产区分离的28株新菌株，N46（Xa23R）也表现出高抗性。 结果表明，新菌株南京46对白叶枯病和细菌性条斑病具有稳定、持久、复合、广谱的抗性。 本研究的EBE人工设计和基因编辑策略也可应用于水稻其他E基因的精准改造以及我国其他优良水稻品种抗性的快速升级。
中国农业科学院植物保护研究所与西南大学联合培养的博士生王美霞为第一作者，中国农业科学院植物保护研究所周焕斌研究员、吉副研究员中国农业科学院植物保护研究所的志远和西南大学柑橘研究所周昌勇研究员为共同通讯作者，团队多名成员协作完成了该工作。 南京农业大学宋从峰教授、中国农业科学院植物保护研究所周学平教授、北京农林科学院李少芳研究员、扬州大学左世民教授也参与了研究工作。 该研究得到了中国农业科学院南繁专项、海南崖州湾种子实验室等项目的支持。
论文链接：
评论列表