CRISPR突破性的拯救了水稻品系對抗致命的非洲病毒

水稻黃色斑駁病毒(簡稱:RYMV)是造成非洲農作物嚴重損失的原因，特別是在小農中。來自塞爾多夫海因里希·海涅大學(HHU)和法國國家可持續發展研究所(IRD)的一個研究小組現在通過基因組編輯生產出了對這種疾病具有抗性的水稻品系。水稻品種的發展，該團隊在Plant Biotechnology Journal發文。這是朝著能夠為非洲的小規模糧食生產者培育出具有當地適應性的抗性優良品種邁出的初步步驟。

RYMV是一種RNA病毒，通過甲蟲和葉子與葉子的直接接觸傳播。在非洲，大多數生產者耕種的土地面積不到一公頃，10%到100%的水稻收成經常因這種病毒而損失。這對最貧窮的農民來說是一個危及生命的問題。

培育抗性水稻品種

對這種病毒沒有有效的防護措施。發表在《植物生物技術雜志》上的這項研究的主要作者Yugander Arra博士說:“**真正的保護措施是開發具有抗RYMV基因的水稻品種，這將使植物不受傷害。”

來自HHU分子生理學研究所(由Wolf B. Frommer教授領導)和法國蒙彼利埃研究所(IRD)的一個研究小組已經開發出了這種抗性水稻品種。

目前已知有三種抗性基因;只要其中一種基因發生突變，即RYMV1、2和3，就足以產生抗藥性。抗型rymv2出現在產量較低的非洲水稻(Oryza glaberrima)品種中。RYMV2，也被稱為CPR5.1，從細胞核的孔中編碼一種重要的蛋白質。在模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)中，CPR5**基因拷貝的丟失導致不僅對病毒，而且對細菌和真菌具有廣譜抗性。然而，生長受到嚴重限制，植物表現出自發損傷，產量低。因此，檢驗抗rymv2基因是否可以轉移到其他水稻品種而不產生負面影響是很重要的。

水稻育種面臨的挑戰與對策

在非洲，主要使用以亞洲品種秈稻為基礎的其他高產水稻品種，這些品種沒有抗性基因。然而，插入相關基因并不是一個特別有希望的方法，因為這種“物種間”雜交后代是高度不育的，因此不能輕易繁殖和傳遞抗性。

利用CRISPR/Cas基因組編輯方法，該研究小組現在已經證明，RYMV2基因的突變可以在亞洲水稻品種中產生，使其以與非洲水稻品種類似的方式抵抗病毒。下一步的目標是以同樣的方式編輯相關的非洲優質品種，以便讓非洲小規模生產者可以獲得它們。幫助這些農民是由HHU領導的國際研究聯盟“健康作物”的目標。

作物改良的遺傳見解

植物的遺傳機制在進化的早期對生存是有用的，但現在更有可能是有害的。玉米就是一個很好的例子:一種基因導致玉米在受精期間干旱時流產。這種由基因引起的性狀對今天玉米植物的野生多年生祖先是有益的，但對現在用于農業的一年生植物的產量有不利影響。

這種情況與這里所檢查的大米類似。Frommer教授:“這種抗性特性歸因于一種非必需基因功能的喪失。如果我們完全關閉這種基因，植物的行為就會正常。然而，由于基因功能的喪失，它們對病毒具有抵抗力。”

健康作物小組組長Eliza Loo博士補充說:“可以說，這是一種原型，對其祖先很有用，但現在在干旱時期導致毀滅性的作物損失。關閉這種基因似乎是權宜之計，而且沒有明顯的副作用。”

有希望的結果和未來的方向

令人驚訝的是，無論是關閉密切相關的CPR5.2基因，還是關閉RYMV2和CPR5.2兩個基因——至少在溫室條件下——都不會導致損傷。同樣值得注意的是，CPR5.2的缺失并不會導致RYMV抗性。一切都表明，編輯RYMV2基因是對抗非洲水稻病害的一種有希望的方法。

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