华人学者Nature Biotechnology背靠背两篇论文:利用基因编辑技术研发关键抗性

2019-10-29 | 作者: 生物通 | 标签: 基因编辑

大米是世界上最贫穷和患有营养不良的人群的的第一大主食。世界上每天有超过一半的人口食用米饭。在撒哈拉以南的非洲地区,这是增长最快的食物来源,它提供的食物卡路里比其他任何作物都要多。

但是大米的粮食安全存在一个重要的危险源,那就是水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae pv,简称为Xoo)引起的水稻白叶枯病(bacterial blight)。这种疾病仅在印度每年造成的损失估计就为36亿美元。Xoo会破坏农民整个年度收成,使他们的粮食供应,收入和土地所有权受到威胁。

Healthy Crops是一个旨在为这些农民提供有效的工具,抗击细菌性疫情的联盟机构。该机构由三大洲的六个研究机构组成,其中包括美国的两所大学(佛罗里达大学和密苏里州的大学),哥伦比亚的热带农业国际中心(CIAT),发展研究机构(IRD)和菲律宾的国际水稻研究所(IRRI)。

近期这一机构在Nature Biotechnology杂志上发表了多篇文章,介绍了如何控制细菌,对抗这种疾病。文章的作者,密苏里大学杨兵教授解释说,Xoo感染水稻后,会向水稻细胞内分泌蛋白质,即所谓的“ TAL效应子”。 TAL效应子是通过打开宿主的SWEET基因来打开“食品储藏室”的钥匙,之后这种基因从水稻细胞中输出糖,将其提供给细胞壁空间中的细菌,这样细菌就会有足够的资源进行繁殖。

基因组编辑技术主要是利用位点特异人工核酸酶在基因组靶位点处引入DNA双链断裂(DSB),再经细胞自身的非同源末端连接(NHEJ)或同源重组修复(HDR)对DSB进行修复,最终实现目标基因敲除和碱基编辑等基因组遗传修饰。

这种技术目前也在禾谷类作物中不断得到发展与应用,基于CRISPR/Cas系统而来的高通量基因组编辑技术和低成本突变检测方法可实现水稻的全基因组层面的突变体库创制和突变体库快速筛选和鉴定。

在最新研究中,研究人员之前确定了一些对某些特定类型的Xoo细菌具有抗性的水稻品种,这些变种包含有SWEET启动子的突变体,这些突变不允许细菌TAL效应子结合。

研究人员在SWEET启动子中确定了六个不同的攻击点。“有了这里所获得的知识和开发的工具,我们开发新抗药性的速度,至少可以和细菌衍生出的新作用机制速度一样快。”

在Nature Biotechnology杂志的两篇文章中,Healthy Crops展示了两个流行水稻品种的一系列变种,这些变种对从世界各地收集到的引起白叶枯病的黄单胞菌多种不同细菌菌株具有抗性。它还描述了“ SWEETR-RESISTANCE KIT”,这种方法能够快速表征新细菌菌株,从而设计出一种长期且针对性强的新抗药性部署策略,长期战胜该疾病。

Boris Szurek博士解释说:“我们使用最先进的工具,在病原体与水稻的竞争中领先一步。这是从事水稻育种,提高抗病能力的最激动人心的时刻。我们的发现为消灭严重影响农民生活的疾病铺平了道路。”

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来源:生物通

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