小麥是最重要的主糧作物之一，為全世界超過三分之一的人口提供能量來源。小麥白粉病，是由真菌引起的一種世界范圍內(nèi)危害小麥生產(chǎn)的重要病害，重病田減產(chǎn)可達40%以上。

        北京時間2022年2月10日，國際權威學術期刊《自然》發(fā)表了中國科學院高彩霞團隊、邱金龍團隊和肖軍團隊合作的一項科研成果。他們闡明了小麥新型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。這一工作是利用感病基因進行植物抗病育種研究的重要理論和技術突破。

        植物病害每年造成全球作物減產(chǎn)可達30%，嚴重威脅全球糧食安全。目前伴隨著全球氣候變化、耕作制度改變以及種植品種單一化等多種因素的疊加，植物病害更加頻繁地發(fā)生。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，感病基因突變給植物生長發(fā)育帶來多種負面效應，這反映了病原菌的狡猾，也因此極大地限制了感病基因在植物抗病育種中的應用。多年來，科學家們一直在苦苦尋找打開這一重要抗性遺傳資源寶庫的金鑰匙。

        中科院遺傳發(fā)育所高彩霞團隊和微生物所邱金龍團隊一直致力于主糧作物抗病生物技術育種的研究，早在2014年，兩個團隊就合作利用基因組編輯技術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。然而，正如在其他多種植物觀察到的一樣，研究人員發(fā)現(xiàn)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。

        魚與熊掌如何兼得？幸運的是，他們在大量的基因組編輯小麥突變體中篩選獲得了一個新型mlo突變體。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。又經(jīng)過8年的通力合作，研究人員最終解析了該突變體表型形成的分子機。

        為了將研究成果應用于抗病育種，研究人員一方面利用傳統(tǒng)育種方法將該突變體與我國小麥主栽品種進行雜交，并通過幾代回交將抗病優(yōu)良性狀引入主栽品種中。更為重要的是，利用多重基因組編輯技術，可以直接在小麥主栽品種中創(chuàng)制相應的基因突變，僅2-3個月就成功實現(xiàn)多個小麥主栽品種獲得廣譜白粉病抗性，且生長和產(chǎn)量均不受影響。相比傳統(tǒng)育種方法，基因組編輯育種極大縮短了育種進程。

        此項研究是小麥抗白粉病育種的重要進展，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)中巨大的應用前景。該研究提出的理論為作物抗病育種研究提供了新的視角，也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新的思路和技術路線。

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