原標(biāo)題:上海交大科學(xué)家開(kāi)辟水稻廣譜抗病育種新途徑 基因打擊水稻頭號(hào)細(xì)菌“殺手”

　　上海交通大學(xué)教授陳功友領(lǐng)銜的植物與病原菌分子互作研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年研究，揭示了病原菌效應(yīng)蛋白這個(gè)“間諜”與植物感病基因“接頭人”之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，提出利用基因編輯技術(shù)阻斷兩者之間的協(xié)同進(jìn)化進(jìn)程，從而使植物獲得廣譜抗病(RLS)育種新途徑，為解決作物抗病性喪失問(wèn)題、保障糧食與食品安全提供了新思路。日前，這一研究成果在線發(fā)表在Cell出版社旗下植物科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Molecular Plant》上。

　　收集白葉枯病原菌株

　　白葉枯病是三大水稻病害之一，是危害水稻生產(chǎn)的頭號(hào)細(xì)菌“殺手”。植物病害發(fā)生的過(guò)程，就是病原菌與植物雙方投入大量“兵力”進(jìn)行的戰(zhàn)爭(zhēng)。為抵御病原菌入侵，植物通過(guò)角質(zhì)、蠟質(zhì)等多種生化物質(zhì)構(gòu)筑起一系列堅(jiān)固的物理和化學(xué)“堡壘”。病原菌一方面通過(guò)合成胞外降解酶、毒素等物質(zhì)“明修棧道”，從外部一層層瓦解“堡壘”，另一方面卻通過(guò)組裝多種被稱為分泌系統(tǒng)的裝置“暗渡陳倉(cāng)”，將大量的效應(yīng)蛋白“間諜”直接分泌到植物體“堡壘”內(nèi)部，在植物體內(nèi)部大肆破壞，最終攻破“堡壘”。水稻白葉枯病菌派出的最重要的一類效應(yīng)蛋白“間諜”，是III型分泌系統(tǒng)分泌的轉(zhuǎn)錄激活因子類效應(yīng)蛋白(TALE蛋白)。

　　在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公益性行業(yè)專項(xiàng)等項(xiàng)目支持下，陳功友團(tuán)隊(duì)從全國(guó)各水稻產(chǎn)區(qū)的發(fā)病田塊收集分離到數(shù)百個(gè)白葉枯病原菌株，在不同的水稻品種上測(cè)定這些菌株的毒性，并進(jìn)行分子標(biāo)記分析，發(fā)現(xiàn)這些菌株具有豐富的遺傳多樣性和毒性差異。通過(guò)基因組學(xué)和分子生物學(xué)工具，從其中幾個(gè)強(qiáng)毒性菌株中分離到數(shù)十個(gè)TALE蛋白編碼基因并分別測(cè)定毒性，最終“識(shí)破”了一類被稱為PthXo2-like的新型主效TALE蛋白“間諜”，并且在不同菌株中發(fā)現(xiàn)了這類蛋白的五種類型。

　　基因編輯技術(shù)干擾“接頭暗號(hào)”

　　水稻白葉枯病菌分泌的TALE蛋白“間諜”進(jìn)入植物細(xì)胞后，能躲過(guò)植物免疫系統(tǒng)偵查，偽裝成水稻自身的轉(zhuǎn)錄激活因子，與“潛伏”在水稻細(xì)胞內(nèi)的一類感病基因“接頭人”進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，“接頭暗號(hào)”是雙方特定氨基酸序列與DNA序列之間的一套密碼。

　　研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)新發(fā)現(xiàn)的“間諜”蛋白序列進(jìn)行比較分析，初步確定水稻感病基因OsSWEET13具有“接頭人”嫌疑。接下來(lái)經(jīng)過(guò)不同分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證，確定該基因?yàn)?ldquo;間諜”的靶標(biāo)基因“接頭人”。同時(shí)發(fā)現(xiàn)該基因在啟動(dòng)子識(shí)別區(qū)域也存在十種不同類型。

　　課題組還采用新興的基因編輯技術(shù)，對(duì)“接頭暗號(hào)”識(shí)別形成干擾，從而同時(shí)阻斷多個(gè)細(xì)菌TALE蛋白“間諜”的破壞活動(dòng)，最終獲得廣譜抗白葉枯病的水稻新種質(zhì)，提出了阻斷植物感病性而獲得廣譜抗病性的育種新途徑。目前，專家正將這一技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)良雜交水稻親本改良中，預(yù)計(jì)1—2年內(nèi)可育成穩(wěn)定遺傳的品種，有望大大縮短雜交水稻育種年限。