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通过“基因叠加技术”增强小麦抗锈病能力
日期:2021-04-07 作者:未知 来源:国科农研院 点击:
 澳大利亚国家科学机构CSIRO的研究人员领导了一项国际项目,旨在通过将 抗性基因“叠加”在一起,开发出具有更强、更持久的抗锈病新型小麦品种。“基 因叠加”技术改变了常规育种中逐一添加抗性基因的方法,这相对于常规小麦育 种方案来说是一项重大进步。研究人员开发了新的基因技术,可以将五种不同的 小麦抗性基因结合并同时整合到小麦基因组中。相关的研究成果已经发表在《自 然-生物技术》杂志上,并且根据发表的结果来看这种整合有效的防止了整合基 因在植物繁育过程中的分离。   CSIRO 首席研究员 Mick Ayliffe 博士表示,这种整合技术就相当于在门上放五把锁,只拥有其中一把钥匙时,您很难成功进入。现场测试也表明,基因叠加技术研发的小麦品种具有良好的应对多种锈病的能力。
  在世界范围内,人们通过小麦摄入的热量约为总摄入热量的20%,这也使得保护小麦作物对世界粮食安全至关重要,除小麦之外,锈病对大麦,燕麦,黑麦和黑小麦等作物也具有明显的致病作用。锈病在世界各地都是一个重大难题, 因此世界各地的科学家们协调合作,共同应对。来自澳大利亚联邦科学与工业研 究组织,明尼苏达大学,奥尔胡斯大学,约翰·英内斯中心,美国农业部,新疆 大学的研究人员组成了团队进行国际合作,专门攻克锈病的难题。
  约翰英纳斯中心的布兰德·伍尔夫博士说到,目前已经利用 MutRenSeq 技术克隆了五个抗性基因中的两个,证明了这一技术的可行性。对于应对新的锈病流 行,除了传统的方式之外也多了一种替代方案,同时也可以让转基因作物的反对 者看到这一技术的独特优势,从而增加人们对转基因技术好感。目前正在开发的小麦基因叠加技术,是基于基因组编辑工具生产的不含基因修饰的作物品种,这 些作物在美国等国家可能被视为非转基因作物。
  小麦茎秆锈病在英国是一种历史悠久的病害,距离上一次锈病的爆发已经过去了 60多年,但由于气候变化及现代小麦品种对锈病的抗性缺乏,导致病害卷土重来。小麦锈病可以迅速变异,这使得小麦育种者很难用传统育种方法迅速做 出反应。但是,在一个基因库中编译多个抗性基因可以加强小麦的防御能力,并且更加高效。
  Ayliffe 博士说,这项研究目前针对的是茎锈病,但该技术也可以用于培育抗条锈病和叶锈病等品种,并可以在现有的不同小麦品种中增强锈病抗性。还不清楚这种新的基因叠加技术的上限。目前拥的最大的是含有8个抗性基因的叠加,可能提供更多的抗锈病保护。目前对于小麦及其野生亲缘植株的抗病基因的 发掘和克隆也取得了较大进展,主要的技术包括:
  MutRenSeq
  结合诱变和抗性基因富集测序(RenSeq),这项技术可以定位细胞内的免疫受体,从而降低小麦基因组测序的成本。在小麦中,有超过3000个免疫受体基因。这项技术的研发使得科学家快速克隆了抗茎锈病基因 Sr22、Sr45、Sr26、S r60 和抗条锈病基因 Yr5a、Yr5b、Yr7。
  MutChromSeq
  另一种降低小麦基因组复杂性的方法是将该基因映射到其21条染色体中的一条上。由于染色体流分类和纯化技术的改进,现在几乎可以对任何小麦品种的 单个染色体进行排序。通过诱变与染色体流分选(MutChromSeq)相结合,分离出小麦抗白粉病基因 Pm2。
  AgRenSeq
  该技术使用自然状态下的遗传结构,即重新组合和突变,这在一个小麦的野生群体中积累了数千年,从而绕过了生成所需要的遗传结构的过程,如MutRenS eq或 MutChromSeq。AgRenSeq需要一个遗传多样性的面板,其次是RenSeq和表型。这项技术将发现和克隆结合在一起,大大减少了克隆抗病基因的时间线和成本。一旦一个面板被序列配置和扩大,它可以一次又一次地用于对抗不同的病原体和病原体分离物。通过AgRenSeq 技术迅速完成了Sr46的克隆和 SrTA1662 候选基因的鉴定(Arora et al.2019)。
  改进的小麦基因组组装技术和小麦转化方法很可能在未来2-4年内显著降 低研究障碍。这将为生产和测试多抗性转基因作物提供原料,这些转基因作物不 仅可以对抗茎锈病,还可以对抗小麦和其他重要作物的许多其他主要病害。
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