近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了上海交通大学农业与生物学院陈功友课题组题为“Increasing resistance to bacterial leaf streak in rice by editing the promoter of susceptibility gene OsSULRT3;6”的研究简报。该研究利用CRISPR/Cas9系统，对水稻细菌性条斑病（简称条斑病）感病基因OsSULRT3;6的启动子区进行编辑，有效提高了水稻对条斑病的抗性。
由稻黄单胞菌稻生致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的水稻条斑病是水稻生产中严重的细菌性病害，危害性仅次于稻瘟病、白叶枯病和纹枯病后。水稻条斑病发病范围广，在我国水稻产区呈区域性和间歇性成灾，特别是在南方稻区发病严重。Xoc主要通过叶的气孔和伤口侵染水稻，定殖于薄壁细胞间危害，受平行叶脉的限制，表现为条形水渍状坏死病斑，潮湿时病斑上产生串珠状黄色菌脓。
培育抗病水稻品种是防控病害最经济最绿色最有效的方法，但相较于由稻黄单胞菌稻致病变种（X. oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白叶枯病，针对水稻条斑病的抗病基因鲜有报道。水稻条斑病菌由III型分泌系统分泌的转录激活类效应子（transcriptional activator-like effectors, TALEs）是主要致病因子，TALE蛋白通过其中间重复区可变氨基酸（RVD）识别并结合寄主感病基因启动子区的效应子结合原件（effector-binding elements，EBEs），激活感病基因的转录表达，使寄主感病。鉴定TALE蛋白在寄主中的靶标基因，利用基因编辑技术修饰感病基因EBE，是提高寄主抗病性的有效手段。
研究发现，中国Xoc菌株RS105中存在的Tal5d，其10位的RVD不同于菲律宾来源的BLS256菌株的Tal2g，也能结合水稻中编码硫酸盐转运蛋白的OsSULRT3;6基因启动子，并且两种类型的TALE蛋白在Xoc菌株中广泛存在。利用CRISPR/Cas9系统对OsSULRT3;6的EBE进行修饰，获得了5种修饰类型的水稻纯合株系。水稻上致病性测定结果显示，EBE序列无论是单个碱基的插入或缺失还是多个碱基的缺失，水稻均显著提高了对条斑病的抗性，并且感病基因OsSULRT3;6没有受到病原菌诱导表达（图1）。这是所在团队通过基因编辑水稻白叶枯病感病基因培育广谱抗病新种质之后，再次通过基因编辑修饰水稻条斑病感病基因EBE而培育广谱抗条斑病水稻新种质的研究报道。
图1. 基因编辑水稻条斑病感病基因启动子，增强水稻条斑病的抗性
上海交通大学农业与生物学院博士研究生徐夏萌、博士后徐正银为本文共同第一作者，陈功友教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（31830072）、国家重点研发计划（2016YFD0100601）和国家转基因重大专项（2016ZX08001-002）的资助。图1. 基因编辑水稻条斑病感病基因启动子，增强水稻条斑病的抗性
全文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.13602
日期：2021-05-08
