2022年1月28日,，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所楊平課題組在國(guó)際期刊New Phytologist上在線發(fā)表了題為“Simultaneous editing of host factor gene TaPDIL5-1 homoeoalleles confers wheat yellow mosaic virus resistance in hexaploid wheat”的研究論文,，通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)同時(shí)編輯六倍體小麥A,、B,、D亞基因組上TaPDIL5-1基因的3個(gè)拷貝,，賦予了小麥對(duì)黃花葉病的抗病性（圖1）,，證實(shí)了首個(gè)抗小麥病毒病基因,。
普通小麥?zhǔn)钱?dāng)今世界三大糧食作物之一,，是經(jīng)兩次天然雜交、染色體加倍形成的異源六倍體植物,，基因組上超過95%的編碼基因具有2-3個(gè)同源拷貝,，彼此序列高度相似且功能冗余，賦予了小麥更好的環(huán)境適應(yīng)性和更為廣泛的用途,。植物病毒是三大病原微生物之一,，絕大多數(shù)的RNA病毒僅能編碼4-10個(gè)功能蛋白，必須依賴植物蛋白（被稱為宿主因子）輔助完成病毒自身的增殖和傳播,。編碼宿主因子的基因突變或者缺失,，使得病毒不能感染宿主植物，這種遺傳抗病性機(jī)制被稱為隱性抗病性。
以土壤禾谷多黏菌為中間載體傳播的病毒病害,，是小麥,、大麥等麥類作物的主要病毒病害。其中,，小麥黃花葉病由小麥黃花葉病毒（WYMV）引起,，大麥黃花葉病由大麥黃花葉病毒（BaYMV）和大麥溫和花葉病毒（BaMMV）單一或復(fù)合感染引起，這三種病毒均屬于馬鈴薯Y病毒科的大麥黃花葉病毒屬,。在小麥中,，目前報(bào)道了數(shù)十個(gè)抗病基因，但是由于病毒病表型鑒定準(zhǔn)確性低且小麥基因組高度復(fù)雜,，極大增加了基因克隆的難度,，目前尚無抗病毒基因被克隆。中國(guó)農(nóng)科院作科所楊平課題組前期發(fā)現(xiàn),，大麥（二倍體）中BaYMV/BaMMV抗病基因絕大多數(shù)為隱性遺傳,，小麥（六倍體）中WYMV抗病基因均為顯性遺傳，因此假設(shè)小麥基因同源拷貝的功能冗余,，掩蓋了單個(gè)或部分基因拷貝變異引起的隱性抗病遺傳效應(yīng),，導(dǎo)致多倍體物種中報(bào)道的隱性抗病基因遠(yuǎn)少于二倍體物種。為了驗(yàn)證該假設(shè),，研究團(tuán)隊(duì)鑒定了小麥TaPDIL5-1基因在A,、B、D亞基因組上的同源拷貝,。該基因在大麥中的同源基因HvPDIL5-1編碼一個(gè)蛋白二硫鍵異構(gòu)酶,，其功能丟失對(duì)BaYMV和BaMMV具有廣譜抗病性。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù),，我們獲得了TaPDIL5-1在A,、B、D亞基因組上基因編輯的小麥材料,，通過人工雜交和分子標(biāo)記輔助選擇,，構(gòu)建了TaPDIL5-1三個(gè)拷貝均被編輯的4個(gè)純合株系，以及分別敲除單個(gè)或者兩個(gè)拷貝的純合株系,。接種WYMV病毒發(fā)現(xiàn),，TaPDIL5-1三個(gè)拷貝同時(shí)編輯的材料對(duì)WYMV抗病，單突變體或雙突變體仍為感?。▓D1）,。由此證實(shí)，TaPDIL5-1編碼感病宿主因子參與WYMV感染,，編輯該基因可以創(chuàng)制小麥黃花葉病的隱性抗病性材料,。圖1 編輯小麥基因TaPDIL5-1的三個(gè)同源拷貝賦予對(duì)小麥黃花葉病的遺傳抗病性在正常種植條件下,，TaPDIL5-1三個(gè)拷貝同時(shí)編輯的材料與未編輯的野生型比較，株高,、抽穗期,、穗長(zhǎng)、穗數(shù),、穗粒數(shù),、穗密度、粒長(zhǎng),、粒寬,、千粒重等九個(gè)農(nóng)藝性狀均沒有顯著差異（圖2）。小麥黃花葉病是黃淮,、長(zhǎng)江中下游等冬小麥種植區(qū)的重要病害之一,，通過基因編輯主栽小麥品種中的TaPDIL5-1基因，可以改良品種對(duì)小麥黃花葉病的抗病性,。與轉(zhuǎn)基因過表達(dá)病毒反向序列沉默病毒的策略不同,，編輯小麥內(nèi)源基因不用會(huì)引入外源序列。三位文章評(píng)審專家對(duì)本研究給予了高度評(píng)價(jià)：一方面認(rèn)為本研究克隆了首個(gè)小麥抗病毒基因,，可供禾本科作物的病毒學(xué)、病毒遺傳抗病性與病毒互作,、基因編輯,、小麥育種、多倍體化等領(lǐng)域研究參考,；
圖2 小麥基因TaPDIL5-1編輯植株的農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明,，現(xiàn)代育種改良通過G蛋白路徑和生長(zhǎng)素路徑等多通路協(xié)調(diào)互作的模式對(duì)赤霉素路徑進(jìn)行選擇修飾與精細(xì)調(diào)控,，可實(shí)現(xiàn)后綠色革命時(shí)代新的高產(chǎn)目標(biāo)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所闞金紅博士和已畢業(yè)碩士生蔡羽為論文共同第一作者,，楊平研究員為通訊作者,，在讀碩士生程春園、博士生金彥龍,、副研究員蔣樅璁博士參與了本研究工作,。特別感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所轉(zhuǎn)基因中心葉興國(guó)研究員、王軻副研究員在小麥轉(zhuǎn)化工作上給予的幫助,，江蘇省里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所何震天研究員,、陳士強(qiáng)副研究員在田間試驗(yàn)上給予的幫助和支持，沙特阿卜杜拉國(guó)王大學(xué)Simon G. Krattinger助理教授對(duì)文章寫作提出的修改建議,。此項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程和基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。聯(lián)系農(nóng)財(cái)君丨18565265490南方農(nóng)村報(bào)丨農(nóng)財(cái)寶典
