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中科院利用基因编辑开发出抗病高产的小麦,研究成果登《自然》

前瞻网 2022-02-11 10:25

 

 

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俗话说,民以食为天。小麦作为最重要的主粮作物之一,为超过三分之一的人口提供能量来源,其产量和品质直接关系到世界粮食安全。然而,小麦的生长却时常受到病虫害的影响。其中,由真菌感染引起的白粉病是全球范围内小麦面临的主要威胁之一。

2月9日,中国科学家在顶刊《自然》上发表研究论文,阐明了小麦新型mlo突变体既抗白粉病又高产的分子机制,并通过基因组编辑在主栽小麦品种中对感病基因MLO相关遗传等位实现精准操控,快速获了得广谱抗白粉病又高产优质的新种质。

早在2014年,中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队和微生物研究所邱金龙团队通过合作,利用基因组编辑技术定向突变小麦的感病基因MLO,获得了对白粉病具有广谱持久抗性的材料,展示了基因组编辑在复杂基因组农作物育种中的应用潜力。然而,正如在其他多种植物中观察到的表型一样,研究发现小麦mlo突变体表现出白粉病抗性的同时也出现了早衰、植株变矮、产量下降等负面表型,从而可能限制其在生产上的应用。

在新研究中,研究人员在大量的基因组编辑小麦突变体中筛选获得一个新型mlo突变体Tamlo-R32。该突变体表现出对白粉菌完全的抗性,同时生长发育和产量正常。经过八年的通力合作,研究人员最终解析了小麦Tamlo-R32突变体表型形成的分子机制,发现在Tamlo-R32突变体基因组的TaMLO-B1位点附近存在约304Kb的大片段删除,染色体三维结构的改变导致上游基因TaTMT3的表达水平上升,进而克服了感病基因MLO突变引起的负面表型,最终实现了抗病和产量的双赢。

为了将研究成果应用于抗病育种,科研人员利用传统育种方法将Tamlo-R32突变体与我国小麦主栽品种进行杂交,并通过几代回交将抗病优良性状引入主栽品种中。更为重要的是,研究利用CRISPR基因组编辑技术,可以直接在小麦主栽品种中创制相应的基因突变,仅2-3个月便成功在多个小麦主栽品种中获得了具有广谱白粉病抗性,且生长和产量均不受影响的小麦新种质。

相比于传统育种方法,基因组编辑育种极大地缩短了育种进程。该研究是小麦抗白粉病育种的重要进展,充分展现了基因组编辑在现代农业生产中应用前景,并为培育抗病高产作物品种提供了新的策略和技术路线。

该研究论文题为“Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties”,已发表在《自然》期刊上。

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责任编辑: 4162SKX

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