北京时间2023年6月14日23点，Nature（《自然》)杂志发表了华中农业大学李国田教授团队牵头完成的题为“Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”的研究成果。团队克隆到一个广谱抗病类病斑突变体基因RBL1，并通过基因编辑创制了增强作物广谱抗病性且稳产的新基因RBL1Δ12，该基因在作物中高度保守，与传统抗病基因相比，可打破物种界限、普适性更强，具有巨大抗病育种应用潜力。
6月15日上午，华中农业大学重大科研成果学术报告会在该校农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室举行。该团队主要负责人李国田教授介绍了相关研究背景、创新点、研究意义，给在场的观众普及了一堂生动的“水稻课”。
(资料图)
李国田教授介绍项目研究背景。记者 黄培 摄
历时10年！探究水稻抗“癌”又稳产的秘密
水稻是全球重要的粮食作物之一，生产上常受稻瘟病、稻曲病、白叶枯病等多种病害威胁。稻瘟病被称为“水稻癌症”，广泛分布于世界各稻区，是一种毁灭性的真菌病害，全球每年因稻瘟病造成的产量损失达数千万吨。培育种植广谱抗病品种是实现稻瘟病绿色防控最经济有效的措施，对保障我国和全球的粮食安全具有重要意义。类病斑突变体材料可在没有病原菌侵染的情况下自发产生超敏反应坏死斑，具有广谱抗病性，但产量较低，限制了类病斑突变体基因在作物抗病育种中的应用。
团队主要负责人李国田教授。学校供图
华中农大团队前期联合加州大学戴维斯分校等研究团队，在全基因组测序的水稻突变体库中筛选到一个对稻瘟病菌和白叶枯菌都具有良好抗性的类病斑突变体株系rbl1，其突变基因RBL1编码一个胞苷二磷酸-二酰甘油合成酶。体外补充磷脂酰肌醇及过表达磷脂酰肌醇合成酶基因OsPIS1可部分回补rbl1突变体表型，表明RBL1基因通过调控磷脂酰肌醇的生物合成调控细胞程序性死亡和免疫。
进一步分析显示，rbl1突变体细胞膜PI(4,5)P2含量较野生型显著减少。同时发现，水稻PI(4,5)P2在稻瘟病菌侵染时被招募到侵染菌丝周围，并在稻瘟病菌效应蛋白分泌结构中富集，证明PI(4,5)P2在水稻-稻瘟病菌互作中发挥重要作用（图一）。可进一步推测，抑制或破坏病原菌特异侵染结构的形成可能是平衡产量和免疫的一种新策略。
图一 RBL1工作模型
rbl1类病斑突变体株系虽具广谱抗病性但产量极低，研究团队通过对RBL1基因编码区多位点进行编辑，创制了一个新基因RBL1Δ12，rbl1Δ12株系只在成株期呈现微弱的类病斑表型。研究发现，RBL1Δ12基因显著增强了水稻对不同地区分离的10个稻瘟菌、5个白叶枯菌和2个稻曲菌生理小种的抗性。大田试验分析发现，rbl1Δ12株系稳产且具有显著的抗稻瘟病能力，在稻瘟病害严重发生时能够挽救约40%产量损失（图二）。
投稿556天发表论文 团队成员分享科研背后的故事
团队主要成员介绍项目情况。记者 黄培 摄
“要做有组织的科研”“众人拾柴火焰高，感谢团队内外的力量”“科研与艺术很有意思”……论文共同第一作者博士研究生沙干和孙鹏在报告会现场讲了在论文准备过程中的艰辛和精彩，“在研究和论文准备过程中，我们除了撰写很多的材料和数据案例，还通过镜头角度来体现差异，让更多的公众直观了解到项目的意义和价值。”
据了解，该基因在作物中高度保守，经研究团队初步测试，该基因在小麦抗锈病和纹枯病上也有显著效果，进一步证明其在作物抗病育种中的巨大应用潜力，该研究模式也为类病斑突变体储备资源的利用提供了借鉴。该研究成果对扩大抗病基因来源，推动作物抗病育种、植物病害绿色防控，保障国家粮食安全有重要意义。
图二 rbl1Δ12株系抗病性强且产量稳定
农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室李国田教授和加州大学戴维斯分校、劳伦斯伯克利国家实验室Pamela C. Ronald院士为该论文共同通讯作者。李国田教授团队博士研究生沙干、孙鹏为本论文共同第一作者，课题组多位学生共同参与了此项研究。该研究得到国家重点研发、自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、杂交水稻国家重点实验室开放研究基金等的资助。西北农林科技大学康振生院士、法国波尔多大学Yohann Boutté教授、作物遗传改良全国重点实验室郭亮教授、李强教授和谢卡斌教授、江西省农业科学院水稻研究所黄仁良副研究员、农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室郑露副教授、深圳华大生命科学研究院丘璨瑜副研究员、山东省农科院徐建第研究员、澳大利亚阿德莱德大学Jenny Mortimer教授等国内外科研机构科研工作者参与了合作研究。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06205-2
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