近日，华中农业大学科研团队通过基因编辑技术获得了对两种真菌病害具有高抗性的作物。相关研究以“Editing homologous copies of an essential gene affords crop resistance against two cosmopolitan necrotrophic pathogens（一石二鸟：编辑一个植物基因，防控两种真菌病害）”为题，在线发表在Plant Biotechnology Journal。
在农田环境中，作物往往同时应对多种病原菌的侵染，创制能够抵御多种病原物的品种将显著提高作物的生产效益和生态效益。该研究利用CRISPR/Cas9技术对油菜中核盘菌效应蛋白的靶标基因BnQCR8进行编辑，获得了对菌核病和灰霉病抗性均显著增强的油菜植株。核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea）是典型的死体营养型病原真菌，可分别侵染700和3000多种植物，包括十字花科、茄科、菊科和豆科等科的重要经济作物，引起菌核病和灰霉病，造成巨大的经济损失。但生产上缺乏高抗菌核病和灰霉病的品种，也没有同时抗两种病害的品种可供利用。
QCR8是呼吸链上细胞色素b-c1复合物的一个保守亚基，研究发现QCR8是核盘菌效应蛋白SsSSVP1及其灰葡萄孢同源蛋白BcSSVP1在植物中的靶标蛋白。在油菜中存在8个同源拷贝的QCR8，利用CRISPR/Cas9技术将油菜中8个同源拷贝进行编辑，分别获得不同基因型的BnQCR8突变体。核盘菌和灰葡萄孢在BnQCR8突变体（WCR1、WCR2、WCR3、WCR4和WCR5）上形成的病斑面积均显著小于野生型Westar上的病斑面积。此外，被编辑的BnQCR8基因拷贝数越多，突变体的抗病能力越强，即突变体株系对核盘菌的抗性与突变体中BnQCR8基因被编辑的数量呈正相关，表明编辑BnQCR8基因显著提高了油菜对菌核病（图1 a，c）和灰霉病（图1 b，d）的抗性。编辑BnQCR8基因后，对油菜的角果、种子数量、单株产量、千粒重及种子含油量等没有显著性差异影响（图c），表明编辑BnQCR8基因在抗病分子育种中具有重要的实践应用价值。
图 T2代BnQCR8突变体对菌核病和灰霉病的抗性（a和b）及成株期表型（c）
该研究从病原菌致病基因为出发点，筛选作物中靶标基因，通过基因编辑培育抗病新品种，为提高植物广谱抗病能力提供了新的研究思路。由于QCR8基因广泛存在植物之中，编辑其它作物的该基因也极有可能获得抗病材料，该研究为创制高抗菌核病和灰霉病的作物品种提供了重要的基因资源。
华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、湖北省作物病害监测和安全控制重点实验室、植物科学技术学院博士研究生张学坤为论文第一作者，姜道宏教授为论文通讯作者。本研究得到了财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13667
日期：2021-07-21
