近日，華中農業大學科研團隊通過基因編輯科技獲得了對兩種真菌病害具有高抗性的作物。相關研究以“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，線上發表在Plant Biotechnology Journal。
在農田環境中，作物往往同時應對多種病原菌的侵染，創制能够抵禦多種病原物的品種將顯著提高作物的生產效益和生態效益。該研究利用CRISPR/Cas9科技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黴病抗性均顯著增强的油菜植株。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濟作物，引起菌核病和灰黴病，造成巨大的經濟損失。但生產上缺乏高抗菌核病和灰黴病的品種，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複合物的一個保守亞基，研究發現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科技將油菜中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於野生型Westar上的病斑面積。此外，被編輯的BnQCR8基因拷貝數越多，突變體的抗病能力越强，即突變體株系對核盤菌的抗性與突變體中BnQCR8基因被編輯的數量呈正相關，表明編輯BnQCR8基因顯著提高了油菜對菌核病（圖1 a，c）和灰黴病（圖1 b，d）的抗性。編輯BnQCR8基因後，對油菜的角果、種子數量、單株產量、千粒重及種子含油量等沒有顯著性差异影響（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黴病的抗性（a和b）及成株期錶型（c）
該研究從病原菌致病基因為出發點，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。由於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資料，該研究為創制高抗菌核病和灰黴病的作物品種提供了重要的基因資源。
華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室、湖北省作物病害監測和安全控制重點實驗室、植物科學技術學院博士研究生張學坤為論文第一作者，薑道宏教授為論文通訊作者。本研究得到了財政部和農業農村部國家現代農業產業科技體系的資助。
論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13667
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