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科學家編輯水稻DNA防禦病原體

2019-11-08 12:54:56   来源:  

外媒稱,細菌性枯萎病襲擊著東南亞和西非的稻田。這是一種被研究得非常透徹的作物疾病,它常常被用作研究微生物與其寄主植物間相互作用的一個模型系統。這種病原體被稱爲水稻黃單胞菌水稻致病變種,簡稱Xoo,它通過劫持一些外排糖的水稻基因來維持生存。研究人員已研究出如何編輯水稻的基因組以阻止這種劫持行爲。

據美國阿爾斯科技網站10月31日報道,Xoo分泌與水稻的糖外排轉運蛋白(SWEET)基因附近的DNA結合在一起、並激活它們的類轉錄激活因子樣效應物(TALEs)。這些SWEET基因在植物中無處不在,它們透過細胞膜轉運蔗糖。其基因表達是對Xoo具有易感性所必需的。

研究人員認爲,修改水稻的SWEET基因將帶來對Xoo的抵抗性,尤其是在已通過這種方式自然産生抵抗性的情況下。但截至目前,只有少數幾種Xoo的基因特征得到確定,因此尚不清楚它是否還有其他攻擊宿主的方式。

爲了研究如何讓水稻最有效地抵抗Xoo,即水稻的哪些SWEET基因需要改變以及如何改變,一個國際科學家小組首先研究了63個Xoo菌株,其中33個來自亞洲,30個來自非洲。研究發現,它們都利用TALEs來誘導SWEET基因的表達。

作爲概念驗證,科學家們隨後用CRISPR技術編輯了Kitaake水稻中的三個SWEET基因附近的DNA,特別針對那些TALE蛋白質與之結合但不侵害周圍DNA的DNA序列。

報道稱,這種轉基因水稻能抵抗所有已知Xoo菌株。Kitaake是一個粳稻品種,最適合此類研究,因爲它開花期短且再生率高。Kitaake還可以用來培育日本和中國的水稻,以使之具有抵抗性。

研究小組用CRISPR技術修改了兩個種植面積超過100萬公頃的水稻品種。在田間試驗中,經過編輯的水稻生長正常,就植株高度和其他農業相關指標而言,表現得很像其未經修改的親本。關鍵在于,它能抵抗三種具有代表性的Xoo菌株。

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