中國(guó)科學(xué)家在小麥育種研究中獲突破性進(jìn)展（小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)）

        小麥?zhǔn)亲钪匾闹骷Z作物之一，為全世界超過(guò)三分之一的人口提供能量來(lái)源。小麥白粉病，是由真菌引起的一種世界范圍內(nèi)危害小麥生產(chǎn)的重要病害，重病田減產(chǎn)可達(dá)40%以上。

        北京時(shí)間2022年2月10日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院高彩霞團(tuán)隊(duì)、邱金龍團(tuán)隊(duì)和肖軍團(tuán)隊(duì)合作的一項(xiàng)科研成果。他們闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機(jī)制，并通過(guò)多重基因組編輯，使主栽小麥品種快速獲得廣譜抗白粉病的優(yōu)異性狀。這一工作是利用感病基因進(jìn)行植物抗病育種研究的重要理論和技術(shù)突破。

        植物病害每年造成全球作物減產(chǎn)可達(dá)30%，嚴(yán)重威脅全球糧食安全。目前伴隨著全球氣候變化、耕作制度改變以及種植品種單一化等多種因素的疊加，植物病害更加頻繁地發(fā)生。病原菌的成功侵染需要利用植物感病基因，感病基因的突變通常能夠賦予植物廣譜持久的抗病性。然而，感病基因突變給植物生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)多種負(fù)面效應(yīng)，這反映了病原菌的狡猾，也因此極大地限制了感病基因在植物抗病育種中的應(yīng)用。多年來(lái)，科學(xué)家們一直在苦苦尋找打開(kāi)這一重要抗性遺傳資源寶庫(kù)的金鑰匙。

        中科院遺傳發(fā)育所高彩霞團(tuán)隊(duì)和微生物所邱金龍團(tuán)隊(duì)一直致力于主糧作物抗病生物技術(shù)育種的研究，早在2014年，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)就合作利用基因組編輯技術(shù)定向突變小麥的感病基因mlo，獲得了對(duì)白粉病具有廣譜持久抗性的材料。然而，正如在其他多種植物觀察到的一樣，研究人員發(fā)現(xiàn)小麥mlo突變體表現(xiàn)出白粉病抗性的同時(shí)，也出現(xiàn)了早衰、植株變矮、產(chǎn)量下降等負(fù)面表型。

        魚(yú)與熊掌如何兼得？幸運(yùn)的是，他們?cè)诖罅康幕蚪M編輯小麥突變體中篩選獲得了一個(gè)新型mlo突變體。該突變體表現(xiàn)出對(duì)白粉菌完全的抗性，同時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量正常。又經(jīng)過(guò)8年的通力合作，研究人員最終解析了該突變體表型形成的分子機(jī)。

        為了將研究成果應(yīng)用于抗病育種，研究人員一方面利用傳統(tǒng)育種方法將該突變體與我國(guó)小麥主栽品種進(jìn)行雜交，并通過(guò)幾代回交將抗病優(yōu)良性狀引入主栽品種中。更為重要的是，利用多重基因組編輯技術(shù)，可以直接在小麥主栽品種中創(chuàng)制相應(yīng)的基因突變，僅2-3個(gè)月就成功實(shí)現(xiàn)多個(gè)小麥主栽品種獲得廣譜白粉病抗性，且生長(zhǎng)和產(chǎn)量均不受影響。相比傳統(tǒng)育種方法，基因組編輯育種極大縮短了育種進(jìn)程。

        此項(xiàng)研究是小麥抗白粉病育種的重要進(jìn)展，同時(shí)也充分展現(xiàn)出基因組編輯在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中巨大的應(yīng)用前景。該研究提出的理論為作物抗病育種研究提供了新的視角，也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新的思路和技術(shù)路線(xiàn)。

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