北京時(shí)間2023年6月14日23點(diǎn)，Nature（《自然》)雜志發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李國(guó)田教授團(tuán)隊(duì)牽頭完成的題為“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”的研究成果。團(tuán)隊(duì)克隆到一個(gè)廣譜抗病類病斑突變體基因RBL1，并通過(guò)基因編輯創(chuàng)制了增強(qiáng)作物廣譜抗病性且穩(wěn)產(chǎn)的新基因RBL1Δ12，該基因在作物中高度保守，與傳統(tǒng)抗病基因相比，可打破物種界限、普適性更強(qiáng)，具有巨大抗病育種應(yīng)用潛力。

6月15日上午，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)重大科研成果學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)在該校農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室舉行。該團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人李國(guó)田教授介紹了相關(guān)研究背景、創(chuàng)新點(diǎn)、研究意義，給在場(chǎng)的觀眾普及了一堂生動(dòng)的“水稻課”。

(資料圖)

李國(guó)田教授介紹項(xiàng)目研究背景。記者 黃培 攝

歷時(shí)10年！探究水稻抗“癌”又穩(wěn)產(chǎn)的秘密

水稻是全球重要的糧食作物之一，生產(chǎn)上常受稻瘟病、稻曲病、白葉枯病等多種病害威脅。稻瘟病被稱為“水稻癌癥”，廣泛分布于世界各稻區(qū)，是一種毀滅性的真菌病害，全球每年因稻瘟病造成的產(chǎn)量損失達(dá)數(shù)千萬(wàn)噸。培育種植廣譜抗病品種是實(shí)現(xiàn)稻瘟病綠色防控最經(jīng)濟(jì)有效的措施，對(duì)保障我國(guó)和全球的糧食安全具有重要意義。類病斑突變體材料可在沒有病原菌侵染的情況下自發(fā)產(chǎn)生超敏反應(yīng)壞死斑，具有廣譜抗病性，但產(chǎn)量較低，限制了類病斑突變體基因在作物抗病育種中的應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人李國(guó)田教授。學(xué)校供圖

華中農(nóng)大團(tuán)隊(duì)前期聯(lián)合加州大學(xué)戴維斯分校等研究團(tuán)隊(duì)，在全基因組測(cè)序的水稻突變體庫(kù)中篩選到一個(gè)對(duì)稻瘟病菌和白葉枯菌都具有良好抗性的類病斑突變體株系rbl1，其突變基因RBL1編碼一個(gè)胞苷二磷酸-二酰甘油合成酶。體外補(bǔ)充磷脂酰肌醇及過(guò)表達(dá)磷脂酰肌醇合成酶基因OsPIS1可部分回補(bǔ)rbl1突變體表型，表明RBL1基因通過(guò)調(diào)控磷脂酰肌醇的生物合成調(diào)控細(xì)胞程序性死亡和免疫。

進(jìn)一步分析顯示，rbl1突變體細(xì)胞膜PI(4,5)P2含量較野生型顯著減少。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，水稻PI(4,5)P2在稻瘟病菌侵染時(shí)被招募到侵染菌絲周圍，并在稻瘟病菌效應(yīng)蛋白分泌結(jié)構(gòu)中富集，證明PI(4,5)P2在水稻-稻瘟病菌互作中發(fā)揮重要作用（圖一）。可進(jìn)一步推測(cè)，抑制或破壞病原菌特異侵染結(jié)構(gòu)的形成可能是平衡產(chǎn)量和免疫的一種新策略。

圖一 RBL1工作模型

rbl1類病斑突變體株系雖具廣譜抗病性但產(chǎn)量極低，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)RBL1基因編碼區(qū)多位點(diǎn)進(jìn)行編輯，創(chuàng)制了一個(gè)新基因RBL1Δ12，rbl1Δ12株系只在成株期呈現(xiàn)微弱的類病斑表型。研究發(fā)現(xiàn)，RBL1Δ12基因顯著增強(qiáng)了水稻對(duì)不同地區(qū)分離的10個(gè)稻瘟菌、5個(gè)白葉枯菌和2個(gè)稻曲菌生理小種的抗性。大田試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，rbl1Δ12株系穩(wěn)產(chǎn)且具有顯著的抗稻瘟病能力，在稻瘟病害嚴(yán)重發(fā)生時(shí)能夠挽救約40%產(chǎn)量損失（圖二）。

投稿556天發(fā)表論文 團(tuán)隊(duì)成員分享科研背后的故事

團(tuán)隊(duì)主要成員介紹項(xiàng)目情況。記者 黃培 攝

“要做有組織的科研”“眾人拾柴火焰高，感謝團(tuán)隊(duì)內(nèi)外的力量”“科研與藝術(shù)很有意思”……論文共同第一作者博士研究生沙干和孫鵬在報(bào)告會(huì)現(xiàn)場(chǎng)講了在論文準(zhǔn)備過(guò)程中的艱辛和精彩，“在研究和論文準(zhǔn)備過(guò)程中，我們除了撰寫很多的材料和數(shù)據(jù)案例，還通過(guò)鏡頭角度來(lái)體現(xiàn)差異，讓更多的公眾直觀了解到項(xiàng)目的意義和價(jià)值?！?/p>

據(jù)了解，該基因在作物中高度保守，經(jīng)研究團(tuán)隊(duì)初步測(cè)試，該基因在小麥抗銹病和紋枯病上也有顯著效果，進(jìn)一步證明其在作物抗病育種中的巨大應(yīng)用潛力，該研究模式也為類病斑突變體儲(chǔ)備資源的利用提供了借鑒。該研究成果對(duì)擴(kuò)大抗病基因來(lái)源，推動(dòng)作物抗病育種、植物病害綠色防控，保障國(guó)家糧食安全有重要意義。

圖二 rbl1Δ12株系抗病性強(qiáng)且產(chǎn)量穩(wěn)定

農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室李國(guó)田教授和加州大學(xué)戴維斯分校、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Pamela C. Ronald院士為該論文共同通訊作者。李國(guó)田教授團(tuán)隊(duì)博士研究生沙干、孫鵬為本論文共同第一作者，課題組多位學(xué)生共同參與了此項(xiàng)研究。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)、自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金等的資助。西北農(nóng)林科技大學(xué)康振生院士、法國(guó)波爾多大學(xué)Yohann Boutté教授、作物遺傳改良全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭亮教授、李強(qiáng)教授和謝卡斌教授、江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所黃仁良副研究員、農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭露副教授、深圳華大生命科學(xué)研究院丘璨瑜副研究員、山東省農(nóng)科院徐建第研究員、澳大利亞阿德萊德大學(xué)Jenny Mortimer教授等國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)科研工作者參與了合作研究。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06205-2

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