楊兵教授:利用基因編輯技術研發水稻關鍵抗性

【字體: 時間:2019年10月29日 來源:生物通

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  HHU領導的研究聯盟希望能消除水稻中的危險植物病害

  

大米是世界上最貧窮和患有營養不良的人群的的第一大主食。世界上每天有超過一半的人口食用米飯。在撒哈拉以南的非洲地區,這是增長最快的食物來源,它提供的食物卡路里比其他任何作物都要多。

但是大米的糧食安全存在一個重要的危險源,那就是水稻黃單胞菌(Xanthomonas oryzae pv,簡稱為Xoo)引起的水稻白葉枯。╞acterial blight)。這種疾病僅在印度每年造成的損失估計就為36億美元。Xoo會破壞農民整個年度收成,使他們的糧食供應,收入和土地所有權受到威脅。

Healthy Crops是一個旨在為這些農民提供有效的工具,抗擊細菌性疫情的聯盟機構。該機構由三大洲的六個研究機構組成,其中包括美國的兩所大學(佛羅里達大學和密蘇里州的大學),哥倫比亞的熱帶農業國際中心(CIAT),發展研究機構(IRD)和菲律賓的國際水稻研究所(IRRI)。

近期這一機構在Nature Biotechnology雜志上發表了多篇文章,介紹了如何控制細菌,對抗這種疾病。文章的作者,密蘇里大學楊兵教授解釋說,Xoo感染水稻后,會向水稻細胞內分泌蛋白質,即所謂的“ TAL效應子”。 TAL效應子是通過打開宿主的SWEET基因來打開“食品儲藏室”的鑰匙,之后這種基因從水稻細胞中輸出糖,將其提供給細胞壁空間中的細菌,這樣細菌就會有足夠的資源進行繁殖。

基因組編輯技術主要是利用位點特異人工核酸酶在基因組靶位點處引入DNA雙鏈斷裂(DSB),再經細胞自身的非同源末端連接(NHEJ)或同源重組修復(HDR)對DSB進行修復,最終實現目標基因敲除和堿基編輯等基因組遺傳修飾。

這種技術目前也在禾谷類作物中不斷得到發展與應用,基于CRISPR/Cas系統而來的高通量基因組編輯技術和低成本突變檢測方法可實現水稻的全基因組層面的突變體庫創制和突變體庫快速篩選和鑒定。

在最新研究中,研究人員之前確定了一些對某些特定類型的Xoo細菌具有抗性的水稻品種,這些變種包含有SWEET啟動子的突變體,這些突變不允許細菌TAL效應子結合。

研究人員在SWEET啟動子中確定了六個不同的攻擊點!坝辛诉@里所獲得的知識和開發的工具,我們開發新抗藥性的速度,至少可以和細菌衍生出的新作用機制速度一樣快!

在Nature Biotechnology雜志的兩篇文章中,Healthy Crops展示了兩個流行水稻品種的一系列變種,這些變種對從世界各地收集到的引起白葉枯病的黃單胞菌多種不同細菌菌株具有抗性。它還描述了“ SWEETR-RESISTANCE KIT”,這種方法能夠快速表征新細菌菌株,從而設計出一種長期且針對性強的新抗藥性部署策略,長期戰勝該疾病。

Boris Szurek博士解釋說:“我們使用最先進的工具,在病原體與水稻的競爭中領先一步。這是從事水稻育種,提高抗病能力的最激動人心的時刻。我們的發現為消滅嚴重影響農民生活的疾病鋪平了道路!

(生物通)

作者簡介:

楊兵博士,美國密蘇里大學哥倫比亞分校植物科學系終身教授,唐納德•丹福斯植物科學中心PI。本科和碩士畢業于西南林業大學,博士畢業于堪薩斯州立大學,堪薩斯州立大學植物病理學博士后。楊兵教授研究團隊專注于禾谷類作物中基因編輯技術的開發和利用以及水稻與白葉枯病原菌的互作兩個方面。主持完成多個基金項目,在Nature Communications ,Nature Biotechnology ,Nucleic Acids Research, New Phytologist,Plant Journal,Nature Genetics等國際高水平期刊上發表論文50余篇。

原文標題:

Ricardo Oliva, Chonghui Ji, Genelou Atienza-Grande, José C. Huguet-Tapia, Alvaro Perez-Quintero, Ting Li, Joon-Seob Eom, Chenhao Li, Hanna Nguyen , Bo Liu, Florence Auguy, Coline Sciallano, Van T. Luu, Gerbert S. Dossa, Sébastien Cunnac, Sarah M. Schmidt, Inez H. Slamet-Loedin, Casiana Vera Cruz, Boris Szurek, Wolf B. Frommer, Frank F. White and Bing Yang, Broad-spectrum resistance to bacterial blight in rice using genome editing, Nature Biotechnology, 28.10.2019 DOI: 10.1038/s41587-019-0267-z

Joon-Seob Eom, Dangping Luo, Genelou Atienza-Grande, Jungil Yang, Chonghui Ji, Van Thi Luu, José C. Huguet-Tapia, Si Nian Char, Bo Liu, Hanna Nguyen, Sarah Maria Schmidt, Boris Szurek, Casiana Vera Cruz, Frank F. White, Ricardo Oliva, Bing Yang and Wolf B. Frommer, Diagnostic kit for rice blight resistance, Nature Biotechnology, 28.10.2019 DOI: 10.1038/s41587-019-0268-y




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