水稻病毒病严重威胁水稻生产，其中水稻黑条矮缩病毒（RBSDV）、南方水稻黑条矮缩病毒（SRBSDV）、水稻条纹病毒（RSV）和水稻齿叶矮缩病毒（RRSV）是我国水稻上发生最严重的四种病毒， SRBSDV侵染导致的南方水稻黑条矮缩病更被列入我国农业农村部发布的《一类农作物病虫害名录》中。选用抗病品种是防治病毒病最经济有效的手段，但由于部分病毒抗性资源缺乏，导致目前生产中除RSV以外的三种病毒都无有效抗病品种。
RNA干扰（RNAi）是植物抵抗病毒侵染最重要的途径之一，也是人工定向改良作物对病毒抗性的有效手段。通过表达针对病毒基因序列的发夹，可产生大量特异性靶标降解病毒RNA的siRNA，显著提升植物对病毒的抗性。虽然已有研究通过RNAi技术获得了对病毒高抗的水稻株系，但以往获得的株系都是针对单一病毒，尚无同时针对多种病毒的高抗水稻株系。
近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了中国农业科学院/浙江大学周雪平团队联合江苏省农业科学院周彤团队的最新研究成果： “Development of a transgenic rice line with strong and broad resistance against four devastating rice viruses through expressing a single hairpin RNA construct” ，报道了通过RNAi在水稻中转基因表达了针对RBSDV、SRBSDV、RSV和RRSV四种病毒基因序列的融合发夹，从而获得了同时对四种病毒高抗的水稻转基因株系ZJU-4K。
研究团队通过分析这四种病毒的关键蛋白编码序列，分别从中克隆出300 bp的保守片段，将它们融合成单一的发夹RNA结构，并通过农杆菌介导的方式转化水稻愈伤。在筛选鉴定后，成功获得了稳定遗传的T4代转基因水稻株系ZJU-4K。小RNA测序结合RT-qPCR检测表明ZJU-4K水稻植株中稳定产生了大量针对病毒基因保守序列的siRNA。通过人工接种，研究团队系统地评价了ZJU-4K水稻对RBSDV、SRBSDV、RSV、RRSV四种靶标病毒的抗性。与野生型受体水稻植株相比，ZJU-4K水稻展现出了对靶标病毒的极高抗性，发病率和病毒积累量都出现了极显著的降低。特别是针对SRBSDV和RSV，ZJU-4K水稻可以取得近乎于免疫的效果。
通过重新测序ZJU-4K植株的基因组结合PCR验证，确认T-DNA序列作为单拷贝插入到水稻1号染色体的一个基因间隔区上。并且，ZJU-4K水稻与野生型受体之间在植株高度、抽穗期和粒形等农艺性状方面并没有明显差异，表明ZJU-4K转基因水稻株系具有良好的应用前景。
这项研究展示了RNAi技术在作物抗性定向改良中的巨大潜力，为培育广谱高效的抗病毒作物提供了有效的思路与途径。T5代转基因水稻的中间试验也表面，转基因水稻在田间高抗四种水稻病。在未来，经过适当的生物安全评估，通过分子辅助选择，可将ZJU-4K水稻中的发夹快速转入其他优良品种中，从而提高水稻的抗病毒能力。
浙江大学已毕业博士江苏省农业科学院李晨羊助理研究员为论文第一作者，中国农业科学院/浙江大学周雪平教授和江苏省农业科学院周彤研究员为本文的共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1400300）、现代农业产业技术体系建设专项等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14334
日期：2024-03-25
