近日，Plant Biotechnology Journal在線發表了上海交通大學農業與生物學院陳功友課題組題為“Increasing resistance to bacterial leaf streak in rice by editing the promoter of susceptibility gene OsSULRT3;6”的研究簡報。該研究利用CRISPR/Cas9系統，對水稻細菌性條斑病（簡稱條斑病）感病基因OsSULRT3;6的啟動子區進行編輯，有效提高了水稻對條斑病的抗性。
由稻黃單胞菌稻生致病變種（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的水稻條斑病是水稻生產中嚴重的細菌性病害，危害性僅次于稻瘟病、白葉枯病和紋枯病后。水稻條斑病發病范圍廣，在我國水稻產區呈區域性和間歇性成災，特別是在南方稻區發病嚴重。Xoc主要通過葉的氣孔和傷口侵染水稻，定殖于薄壁細胞間危害，受平行葉脈的限制，表現為條形水漬狀壞死病斑，潮濕時病斑上產生串珠狀黃色菌膿。
培育抗病水稻品種是防控病害最經濟最綠色最有效的方法，但相較于由稻黃單胞菌稻致病變種（X. oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白葉枯病，針對水稻條斑病的抗病基因鮮有報道。水稻條斑病菌由III型分泌系統分泌的轉錄激活類效應子（transcriptional activator-like effectors, TALEs）是主要致病因子，TALE蛋白通過其中間重復區可變氨基酸（RVD）識別并結合寄主感病基因啟動子區的效應子結合原件（effector-binding elements，EBEs），激活感病基因的轉錄表達，使寄主感病。鑒定TALE蛋白在寄主中的靶標基因，利用基因編輯技術修飾感病基因EBE，是提高寄主抗病性的有效手段。
研究發現，中國Xoc菌株RS105中存在的Tal5d，其10位的RVD不同于菲律賓來源的BLS256菌株的Tal2g，也能結合水稻中編碼硫酸鹽轉運蛋白的OsSULRT3;6基因啟動子，并且兩種類型的TALE蛋白在Xoc菌株中廣泛存在。利用CRISPR/Cas9系統對OsSULRT3;6的EBE進行修飾，獲得了5種修飾類型的水稻純合株系。水稻上致病性測定結果顯示，EBE序列無論是單個堿基的插入或缺失還是多個堿基的缺失，水稻均顯著提高了對條斑病的抗性，并且感病基因OsSULRT3;6沒有受到病原菌誘導表達（圖1）。這是所在團隊通過基因編輯水稻白葉枯病感病基因培育廣譜抗病新種質之后，再次通過基因編輯修飾水稻條斑病感病基因EBE而培育廣譜抗條斑病水稻新種質的研究報道。
圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強水稻條斑病的抗性
上海交通大學農業與生物學院博士研究生徐夏萌、博士后徐正銀為本文共同第一作者，陳功友教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（31830072）、國家重點研發計劃（2016YFD0100601）和國家轉基因重大專項（2016ZX08001-002）的資助。圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強水稻條斑病的抗性
全文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13602
日期：2021-05-08
由稻黃單胞菌稻生致病變種（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的水稻條斑病是水稻生產中嚴重的細菌性病害，危害性僅次于稻瘟病、白葉枯病和紋枯病后。水稻條斑病發病范圍廣，在我國水稻產區呈區域性和間歇性成災，特別是在南方稻區發病嚴重。Xoc主要通過葉的氣孔和傷口侵染水稻，定殖于薄壁細胞間危害，受平行葉脈的限制，表現為條形水漬狀壞死病斑，潮濕時病斑上產生串珠狀黃色菌膿。
培育抗病水稻品種是防控病害最經濟最綠色最有效的方法，但相較于由稻黃單胞菌稻致病變種（X. oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白葉枯病，針對水稻條斑病的抗病基因鮮有報道。水稻條斑病菌由III型分泌系統分泌的轉錄激活類效應子（transcriptional activator-like effectors, TALEs）是主要致病因子，TALE蛋白通過其中間重復區可變氨基酸（RVD）識別并結合寄主感病基因啟動子區的效應子結合原件（effector-binding elements，EBEs），激活感病基因的轉錄表達，使寄主感病。鑒定TALE蛋白在寄主中的靶標基因，利用基因編輯技術修飾感病基因EBE，是提高寄主抗病性的有效手段。
研究發現，中國Xoc菌株RS105中存在的Tal5d，其10位的RVD不同于菲律賓來源的BLS256菌株的Tal2g，也能結合水稻中編碼硫酸鹽轉運蛋白的OsSULRT3;6基因啟動子，并且兩種類型的TALE蛋白在Xoc菌株中廣泛存在。利用CRISPR/Cas9系統對OsSULRT3;6的EBE進行修飾，獲得了5種修飾類型的水稻純合株系。水稻上致病性測定結果顯示，EBE序列無論是單個堿基的插入或缺失還是多個堿基的缺失，水稻均顯著提高了對條斑病的抗性，并且感病基因OsSULRT3;6沒有受到病原菌誘導表達（圖1）。這是所在團隊通過基因編輯水稻白葉枯病感病基因培育廣譜抗病新種質之后，再次通過基因編輯修飾水稻條斑病感病基因EBE而培育廣譜抗條斑病水稻新種質的研究報道。
圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強水稻條斑病的抗性
上海交通大學農業與生物學院博士研究生徐夏萌、博士后徐正銀為本文共同第一作者，陳功友教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（31830072）、國家重點研發計劃（2016YFD0100601）和國家轉基因重大專項（2016ZX08001-002）的資助。圖1. 基因編輯水稻條斑病感病基因啟動子，增強水稻條斑病的抗性
全文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13602
日期：2021-05-08
