MolecularPlant：利用基因編輯技術廣譜抗白葉枯病

　　在農業生態系統中，植物與病原物之間的協同進化通常用“紅皇后假說（the Red Queen’s hypothesis）”或者“軍備競賽（arms race）”來描述。“魔鬼”病原菌產生毒性蛋白作用于植物的感病基因，使植物發病（ETS）；同時“神道”的植物變異感病基因從而逃逸病原菌毒性蛋白的識別，植物抗病（RLS）。

　　近日，上海交通大學農業與生物學院陳功友教授課題組在著名學術期刊Molecular Plant在線發表題為“Engineering broad-spectrum bacterial blight resistance by simultaneously disrupting variable TALE-binding elements of multiple susceptibility genes in rice”的研究論文。該研究揭示了病原菌效應蛋白PthXo2與植物感病基因(SWEET13)間的協同進化關系，提出了利用基因編輯技術阻斷病原菌效應蛋白與植物感病基因間的協同進化，從而使植物因喪失效應蛋白誘導的感病性（ETS）而獲得廣譜抗病（RLS）的新途徑。

　　由模式生物稻黃單胞菌（Xanthomonas oryzae）引起的水稻白葉枯病是水稻生產中的重要病害。在病原菌與植物的這場沒有硝煙的“戰爭”中，稻黃單胞菌通過III型分泌系統（T3SS）“暗渡陳倉”，將一類被稱為轉錄激活類效應蛋白（TALE）的“間諜”送入寄主植物細胞核內。TALE識別并結合在植物感病基因啟動子的EBE上，激活感病基因表達，從內部“攻破”植物的防線，從而使植物感病(ETS)。該課題組通過基因編輯技術（CRISPR/Cas9）對水稻品種Kitaake的3個感病基因(OsSWEET11、OsSWEET13 和OsSWEET14)的EBE進行基因編輯時發現，對應OsSWEET13的EBE位點，白葉枯病菌有五種類型的PthXo2-like效應蛋白，而水稻中的OsSWEET13的EBE位點存在十種單倍型，顯示了病原菌與寄主植物間的協同的“軍備競賽”。最終通過3個感病基因EBE的修飾，培育了廣譜抗白葉枯病的水稻新種質。

基因編輯水稻白葉枯病感病基因EBE位點培育廣譜抗白葉枯病新種質示意圖

　　稻黃單胞菌引起的水稻白葉枯病是水稻生產上的主要病害之一，在全球范圍內分布廣、危害重。上海交通大學陳功友教授領銜的研究團隊長期聚焦于水稻與稻黃單胞菌的分子互作，以病原菌的致病因子---TALE為分子探針，就其作用于水稻的抗病基因或感病基因的分子機制進行了系統研究，為培育作物的廣譜抗病性提供了系列具有自主知識產權的重要基因資源（Molecular Plant Pathology, 2018； Molecular Plant, 2014； Nature Communications, 2016）。此次發現的PthXo2-like的TALE，作用于不同單倍型的SWEET13感病基因，將病原菌與植物的“軍備競賽”認識上升到了一個新的層次，同時還開辟了不利用植物抗病基因而培育植物廣譜抗病的育種新途徑。

　　上海交通大學農業與生物學院博士研究生徐正銀為論文第一作者，鄒麗芳副教授和陳功友教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目和轉基因重大專項等項目的資助。