11月3日，我院植物免疫研究團隊在國際著名學術期刊《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濟有效的措施,。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現小麥條銹病的持久控制。感病基因通過促進病原菌識別,、侵入寄主或負調控植物免疫反應發(fā)揮感病的功能,。通過基因編輯技術突變感病基因是改良植物抗病性的高效新途徑，已成為當今國際植物病理界的研究熱點,。
類鈣調神經磷酸酶B樣蛋白（Calcineurin B-like proteins,，CBLs）結合的蛋白激酶（CBL-interacting protein kinases，CIPK）參與調節(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，并且正調控微生物相關分子模式誘導的防御反應,。序列分析發(fā)現,，與水稻OsCIPK14/15不同，小麥的同源蛋白TaCIPK14和TaCIPK15出現序列分化,，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,，伴隨著產孢減少,、H2O2積累增加和病程相關基因顯著上調表達。進一步創(chuàng)制了 TaCIPK14 的轉基因過表達材料,，接種后發(fā)現該材料對條銹菌感病性增加,，主要表現在產孢增加，活性氧積累減少和病程相關基因表達被顯著抑制,。綜上表明 TaCIPK14 是小麥中一個感條銹病基因,。
圖1. CRISPR/Cas9基因編輯技術介導小麥中 TaCIPK14 靶向突變
為了進一步明確 TaCIPK14 的功能及其應用潛力，本研究利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術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前條銹菌流行小種CYR32、CYR33和CYR34在內的5個條銹菌小種產生了廣譜抗性,。田間試驗結果表明,， TaCIPK14 突變株系與對照株系相比產量相關農藝性狀無顯著差異，接種后 TaCIPK14 突變株系的條銹病嚴重度從對照株系的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)作物逆境生物學國家重點實驗室實驗平臺提供的技術支持,。并得到國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1401000），國家自然科學基金項目（32172381和31972224）,，陜西省重點研發(fā)計劃（2021ZDLNY01-01）,，陜西省自然科學基礎研究發(fā)展計劃（2020JZ-13）和教育部111項目（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
