白粉病是危害小麥生產(chǎn)的重要病害，重病田減產(chǎn)可達40%以上。我國科學(xué)家持續(xù)開展科研攻關(guān)，闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機制，并通過多重基因組編輯，使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優(yōu)異性狀。
該研究由中國科學(xué)院高彩霞團隊、邱金龍團隊和肖軍團隊合作完成，相關(guān)成果2月10日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
“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，其突變會給植物生長發(fā)育帶來多種負面效應(yīng)。”高彩霞介紹，如何實現(xiàn)“魚與熊掌兼得”，是利用感病基因進行植物抗病育種的關(guān)鍵。
小麥是最重要的主糧作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關(guān)系到世界糧食安全。早在2014年，中科院研究團隊就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，但該小麥mlo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)量下降等負面表型。
最終，研究人員在大量基因組編輯小麥突變體中篩選獲得了一個新型mlo突變體Tamlo-R32，該突變體表現(xiàn)出對白粉菌完全的抗性，同時生長發(fā)育和產(chǎn)量正常。經(jīng)過8年的通力合作，研究人員最終解析了小麥Tamlo-R32突變體表型形成的分子機制。
為將研究成果應(yīng)用于抗病育種，研究人員利用CRISPR多重基因組編輯技術(shù)，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)。相比于傳統(tǒng)育種方法，基因組編輯育種極大縮短了育種進程。
中國工程院院士康振生評價說：“這項研究是小麥抗白粉病育種的重要進展，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，同時也充分展現(xiàn)出基因組編輯在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中巨大的應(yīng)用前景。”
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