PBJ | 农科院植保所康厚祥团队鉴定到感稻瘟病相关新基因，并利用基因编辑技术创制出抗病性增强的水稻新材料

近日，中国农业科学院植物保护研究所康厚祥副研究员团队结合全基因组关联分析、转录组数据分析、基因定量表达分析从水稻中鉴定到两个与感稻瘟病相关的新基因，通过CRISPR/Cas9技术对两个基因的3'-UTR和编码区进行基因编辑，结合抗病性鉴定结果明确了这两个基因为感病基因。对两个基因的编辑改造均可提高水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗病性（图1）且对其它主要农艺性状无不良影响。该研究为基因编辑抗病育种提供了新靶标。相关研究成果在线发表在著名植物学期刊《Plant Biotechnology Journal》上。

稻瘟病是危害水稻生产的重大真菌病害，随着植物基因编辑技术的日趋成熟，通过编辑植物体内包含的“感病基因”来增强植物的抗病性已被理论和实践证实为一种有效的抗病育种新方法。寄主植物中包含的对病原菌完成侵染循环有利的基因，广义上都可称之为”感病基因”。然而，并非所有的“感病基因”都是抗病改良的优良靶标基因，因为很多基因在植物生长发育过程中发挥着重要作用，操作这些基因往往导致有害突变的产生。怎么快速、高效地寻找具有改良价值的 “感病基因”依然是技术难点和研究热点。

该团队通过全基因组关联分析和转录组数据的联合分析，从水稻基因组中不包含典型NBS类抗病基因的关联区域找到了34个表达量与水稻稻瘟病抗性负相关的基因，进一步利用两个稻瘟菌小种对十五个抗性水平不同的水稻品种进行接种和荧光定量PCR实验，确定了8个表达水平与水稻稻瘟病抗性负相关且不具有小种和品种特异性的基因，命名为RNG1-RNG8。对这八个基因在不同水稻品种中的序列对比分析发现，在RNG1和RNG3的3'-UTR区域存在和稻瘟病抗性关联的SNP及InDel；双荧光素酶试验表明，3'-UTR区域的差异与其表达水平直接相关。利用CRISPR/Cas9技术分别对两个基因的3'-UTR区域进行基因编辑，获得了目的基因表达量改变的水稻编辑材料，稻瘟病接种编辑材料的结果进一步明确了两个基因的表达量均和稻瘟病抗性负相关。同时，对两个基因的编码区进行编辑，获得的编码区移码突变体材料均增强了对稻瘟病和白叶枯病的抗病性（图2）。对两个基因突变体的主要农艺性状进行统计，发现敲除任意一个基因，对几种主要农艺性状无不良影响。最后，通过对野生稻、水稻种植资源和现代水稻品种中这两个基因的核苷酸多态性分析，发现，在从野生稻到水质种植资源（普通栽培稻）的驯化过程中，RNG3基因的抗病等位频率降低；而从水稻种质资源到现代品种的育种改良过程中，RNG3基因的抗病等位频率提高，受到了明显的人工选择。综合以上结果，这两个基因是进行水稻抗病性改良的靶标基因。

中国农业科学院植物保护研究所和湖南农业大学联合培养博士研究生许雨晨、中国农业科学院植物保护研究所博士研究生白璐及已毕业博士研究生刘明浩为共同第一作者。中国农业科学院植物保护研究所康厚祥副研究员为本文的通讯作者。该研究得到了湖南农业大学王丹副教授、天津农科院闫双勇副研究员、广西省农科院高利军研究员、辽宁省农科院郑文静研究员、扬州大学左示敏教授、中国农科院植物保护研究所王旭丽副研究员、宁约瑟、刘世名、向文胜研究员以及俄亥俄州立大学王国梁教授的重要指导。本研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院国际农业科学计划项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14064

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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