水稻培植突破！發掘對不同病原菌的抗病資源或技術途徑

水稻是我國的一種重要糧食作物，目前我國種植的水稻產量基本上能滿足人們的生活需求，目前水稻品種的產量都很高。水稻常見病害有稻瘟病、胡麻斑病、細菌性褐斑病、赤枯病、白葉枯病、條斑病等。培育抗病品種是防治病害最經濟有效的防治措施，但一般抗病基因只針對某個病原菌的一些菌系，不能對其他病原菌產生抗性。因此，發掘對不同病原菌的抗病資源或技術途徑具有重要的育種價值。

2023年6月14日，華中農業大學植物科學技術學院李國田教授課題組與加州大學戴維斯分校Pamela C. Ronald院士課題組合作在Nature在線發表了題為“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”的研究論文，創制了新型作物廣譜抗病基因。Nature特邀作者以Research Briefing形式對該成果進行科普性報道，并得到國內外同行高度評價。

該研究將人工誘變技術與全基因組測序技術相結合，克隆到水稻廣譜抗病的關鍵調控基因RBL1，并通過基因編輯創制了新型水稻廣譜抗病材料。研究團隊在構建的水稻突變體庫中篩選到一個對稻瘟病菌和白葉枯菌都具有良好抗性的類病斑突變體rbl1?；蚨ㄎ豢寺『凸δ茯炞C證明RBL1基因編碼CDP-DAG合成酶，參與胞苷二磷酸-二酰甘油合成。體外補充磷脂酰肌醇以及過表達磷脂酰肌醇合成酶基因OsPIS1能夠部分回補rbl1突變體的表型，表明RBL1通過調控磷脂酰肌醇的生物合成來控制程序性細胞死亡和免疫。進一步分析顯示，rbl1突變體細胞膜PI(4,5)P2含量較野生型顯著減少。同時發現，水稻PI(4,5)P2在稻瘟病菌侵染時被招募到侵染菌絲周圍，并在稻瘟病菌效應蛋白分泌結構中富集，作者同時統計了野生型和突變體中BIC形成情況，發現rbl1突變體中BIC形成率相比野生型明顯下降，并且侵染菌絲周圍的PI(4,5)P2熒光強度也明顯減弱，這些結果表明PI(4,5)P2在水稻-稻瘟病菌互作中發揮重要作用（圖1）。可進一步推測，抑制或破壞病原菌特異侵染結構的形成可能是平衡產量和免疫的一種新策略。

圖1. RBL1工作模型

rbl1類病斑突變體株系雖具廣譜抗病性但產量極低，研究團隊通過對RBL1基因編碼區多位點進行編輯，創制了一個整碼編輯新基因RBL1Δ12，rbl1Δ12株系只在成株期呈現微弱的類病斑表型。研究發現，RBL1Δ12基因顯著增強了水稻對不同地區分離的10個稻瘟菌、5個白葉枯菌和2個稻曲菌生理小種的抗性。大田試驗分析發現，rbl1Δ12株系穩產且具有顯著的抗稻瘟病能力，在稻瘟病害嚴重發生時能夠挽救約40%產量損失（圖2）。因此RBL1Δ12在抗病育種中展現出巨大應用潛力。初步研究表明該基因在不同作物如小麥、玉米等作物中高度保守，也為小麥、玉米等糧食作物抗病育種提供了借鑒。該研究模式也為類病斑突變體儲備資源的利用提供了借鑒。該研究成果對擴大抗病基因來源，推動作物抗病育種、植物病害綠色防控，保障國家糧食安全有重要意義。

圖2.rbl1Δ12株系抗病性顯著增強

華中農業大學農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室李國田教授和加州大學戴維斯分校/勞倫斯伯克利國家實驗室Pamela C. Ronald院士為該論文共同通訊作者。李國田教授團隊博士研究生沙干、孫鵬為本論文共同第一作者，課題組多位學生參與。西北農林科技大學康振生院士、法國波爾多大學Yohann Boutté教授、作物遺傳改良全國重點實驗室郭亮教授、李強教授和謝卡斌教授、江西省農業科學院水稻研究所黃仁良副研究員、農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室鄭露副教授、深圳華大生命科學研究院丘璨瑜副研究員、山東省農科院徐建第研究員、澳大利亞阿德萊德大學Jenny Mortimer教授等國內外科研機構合作者合作完成。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06205-2