Nature | 研究揭示基因组编辑的小麦抗病且高产！

植物病害在全世界范围内每年造成作物产量11-30%的损失，威胁着全球粮食安全。分子育种是提高植物抗病性的一个有效和可持续的策略。显性抗性（R）基因经常被采用来培育对特定病原体的抗性。大多数R基因编码核苷酸结合位点-亮氨酸丰富的重复蛋白，直接或间接地识别病原体效应蛋白并触发免疫力。R基因介导的抗性具有生理小种特异性，病原体可以通过在其各自的效应蛋白基因中引入逃逸突变而轻易地克服抗性。因此，破坏易感性（S）基因是农作物抗性育种的一个有吸引力的选择。然而，S基因牵涉到许多基本的生物功能，删除这些基因通常会导致不希望出现的多态性影响。一个这样的S基因的功能缺失突变，即白粉菌抗性位点O（MLO），在各种植物物种中赋予了对白粉病的持久和广谱抗性。然而，与MLO相关的抗性也伴随着生长下降和产量损失，从而限制了其在农业中的广泛使用。

2022年2月9日，国际顶级学术期刊Nature发表了中科院遗传发育所高彩霞（Cell | 中科院遗传发育所高彩霞研究员综述基因工程促进作物改良和未来农业的发展！）、中科院微生物所邱金龙和中科院遗传发育所肖军团队的最新相关研究成果，题为Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties的研究论文。

小麦是世界上的主要主食作物。白粉病严重威胁着小麦的产量，而小麦的产量必须增加以满足全球人口增长的需求。研究人员以前产生了一个小麦mlo突变体Tamlo-aabbdd，使用基因组编辑同时敲除Kenong 199小麦中TaMLO1的所有三个同源基因。尽管这种小麦突变体对白粉病表现出强大的广谱抗性，但它受到了不希望出现的多态性影响，如加速衰老。在这篇文章中，研究人员描述了Tamlo-R32，一个在小麦MLO-B1基因座上有304kb碱基对定向缺失的突变体，它在保持作物生长和产量的同时赋予了强大的白粉病抗性。研究人员表明，这种缺失导致局部染色质结构的改变，从而导致液泡膜单糖转运蛋白3（TaTMT3B）的异位激活，这种激活可以减轻与MLO中断有关的生长和产量损失。值得注意的是，TMT3的功能在其他植物物种中是保守的。此外，精确的基因组编辑有利于将这种MLO抗性等位基因（Tamlo-R32）快速引入精英小麦品种中。这项工作表明，有能力通过堆叠遗传变化来挽救由隐性等位基因造成的生长缺陷，这对于开发具有强大和持久抗病性的高产作物品种至关重要。

Tamlo-R32小麦表现出对白粉病的免疫，而不会影响生长和产量

TMT3的表达增加可以挽救小麦和拟南芥的mlo突变体的生长表型

将Tamlo-R32等位基因引入精英小麦品种

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