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植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在小麥廣譜抗條銹病材料創(chuàng)制方面取得新進(jìn)展

11月3日,，我院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Plant Biotechnology Journal》上在線發(fā)表了題為“Simultaneous editing of three homoeologs of  TaCIPK14  confers broad-spectrum resistance to stripe rust in wheat”的研究論文。該研究鑒定到一個感條銹病激酶基因 TaCIPK14 ,，并利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了小麥廣譜抗病新材料,。我院郭軍教授和康振生院士為論文的通訊作者,，博士研究生何付新為論文的第一作者,。

由條形柄銹菌小麥專化型（ Puccinia striiformis  f. sp.  tritici ,  Pst ）引起的條銹病是我國小麥生產(chǎn)上最重要病害之一,。種植和培育抗病品種是防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)有效的措施,。然而，由于存在小麥抗病資源不足及品種垂直抗性易“喪失”等問題,，導(dǎo)致傳統(tǒng)抗銹育種面臨巨大挑戰(zhàn),。因此，亟需挖掘新的基因資源,，開發(fā)新型抗病策略,，改良小麥抗病性以實(shí)現(xiàn)小麥條銹病的持久控制。感病基因通過促進(jìn)病原菌識別,、侵入寄主或負(fù)調(diào)控植物免疫反應(yīng)發(fā)揮感病的功能,。通過基因編輯技術(shù)突變感病基因是改良植物抗病性的高效新途徑，已成為當(dāng)今國際植物病理界的研究熱點(diǎn),。

類鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶B樣蛋白（Calcineurin B-like proteins,，CBLs）結(jié)合的蛋白激酶（CBL-interacting protein kinases，CIPK）參與調(diào)節(jié)植物鈣信號依賴的各種生理過程,。先前研究表明,，水稻中OsCIPK14/15為倍增基因，并且正調(diào)控微生物相關(guān)分子模式誘導(dǎo)的防御反應(yīng),。序列分析發(fā)現(xiàn),，與水稻OsCIPK14/15不同，小麥的同源蛋白TaCIPK14和TaCIPK15出現(xiàn)序列分化,，暗示TaCIPK14和TaCIPK15存在功能分化,。瞬時沉默 TaCIPK14 后，小麥對條銹菌的抗病性顯著提高，伴隨著產(chǎn)孢減少,、H₂O₂積累增加和病程相關(guān)基因顯著上調(diào)表達(dá),。進(jìn)一步創(chuàng)制了 TaCIPK14 的轉(zhuǎn)基因過表達(dá)材料，接種后發(fā)現(xiàn)該材料對條銹菌感病性增加,，主要表現(xiàn)在產(chǎn)孢增加,，活性氧積累減少和病程相關(guān)基因表達(dá)被顯著抑制。綜上表明 TaCIPK14 是小麥中一個感條銹病基因,。

圖1. CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)介導(dǎo)小麥中 TaCIPK14 靶向突變

為了進(jìn)一步明確 TaCIPK14 的功能及其應(yīng)用潛力,，本研究利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)在六倍體小麥中同時敲除了A、B,、D基因組的 TaCIPK14 基因（圖1）,。 TaCIPK14 突變株系對包括中國當(dāng)前條銹菌流行小種CYR32、CYR33和CYR34在內(nèi)的5個條銹菌小種產(chǎn)生了廣譜抗性,。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,， TaCIPK14 突變株系與對照株系相比產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀無顯著差異，接種后 TaCIPK14 突變株系的條銹病嚴(yán)重度從對照株系的64.5％降低到51.5％（圖2）,。

綜上,，該研究利用基因編輯技術(shù)突變小麥感條銹病基因 TaCIPK14 ，創(chuàng)制出廣譜抗病材料,，在不影響產(chǎn)量性狀的前提下賦予了小麥對條銹菌的廣譜抗性,，為作物抗病改良提供了新思路。

圖2. TaCIPK14 突變株系的田間表型鑒定

該研究得到了旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺提供的技術(shù)支持,。并得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2021YFD1401000）,，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32172381和31972224），陜西省重點(diǎn)研發(fā)計劃（2021ZDLNY01-01）,，陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（2020JZ-13）和教育部111項(xiàng)目（B07049）資助,。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13956

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍