CRISPR突破性的拯救了水稻品系对抗致命的非洲病毒

各种水稻植株，包括对照植株和突变植株，接种后3至4周。

　　

水稻黄色斑驳病毒(简称:RYMV)是造成非洲农作物严重损失的原因，特别是在小农中。来自塞尔多夫海因里希·海涅大学(HHU)和法国国家可持续发展研究所(IRD)的一个研究小组现在通过基因组编辑生产出了对这种疾病具有抗性的水稻品系。水稻品种的发展，该团队在Plant Biotechnology Journal发文。这是朝着能够为非洲的小规模粮食生产者培育出具有当地适应性的抗性优良品种迈出的初步步骤。

RYMV是一种RNA病毒，通过甲虫和叶子与叶子的直接接触传播。在非洲，大多数生产者耕种的土地面积不到一公顷，10%到100%的水稻收成经常因这种病毒而损失。这对最贫穷的农民来说是一个危及生命的问题。

培育抗性水稻品种

对这种病毒没有有效的防护措施。发表在《植物生物技术杂志》上的这项研究的主要作者Yugander Arra博士说:“唯一真正的保护措施是开发具有抗RYMV基因的水稻品种，这将使植物不受伤害。”

来自HHU分子生理学研究所(由Wolf B. Frommer教授领导)和法国蒙彼利埃研究所(IRD)的一个研究小组已经开发出了这种抗性水稻品种。

目前已知有三种抗性基因;只要其中一种基因发生突变，即RYMV1、2和3，就足以产生抗药性。抗型rymv2出现在产量较低的非洲水稻(Oryza glaberrima)品种中。RYMV2，也被称为CPR5.1，从细胞核的孔中编码一种重要的蛋白质。在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中，CPR5唯一基因拷贝的丢失导致不仅对病毒，而且对细菌和真菌具有广谱抗性。然而，生长受到严重限制，植物表现出自发损伤，产量低。因此，检验抗rymv2基因是否可以转移到其他水稻品种而不产生负面影响是很重要的。

水稻育种面临的挑战与对策

在非洲，主要使用以亚洲品种籼稻为基础的其他高产水稻品种，这些品种没有抗性基因。然而，插入相关基因并不是一个特别有希望的方法，因为这种“物种间”杂交后代是高度不育的，因此不能轻易繁殖和传递抗性。

利用CRISPR/Cas基因组编辑方法，该研究小组现在已经证明，RYMV2基因的突变可以在亚洲水稻品种中产生，使其以与非洲水稻品种类似的方式抵抗病毒。下一步的目标是以同样的方式编辑相关的非洲优质品种，以便让非洲小规模生产者可以获得它们。帮助这些农民是由HHU领导的国际研究联盟“健康作物”的目标。

作物改良的遗传见解

植物的遗传机制在进化的早期对生存是有用的，但现在更有可能是有害的。玉米就是一个很好的例子:一种基因导致玉米在受精期间干旱时流产。这种由基因引起的性状对今天玉米植物的野生多年生祖先是有益的，但对现在用于农业的一年生植物的产量有不利影响。

这种情况与这里所检查的大米类似。Frommer教授:“这种抗性特性归因于一种非必需基因功能的丧失。如果我们完全关闭这种基因，植物的行为就会正常。然而，由于基因功能的丧失，它们对病毒具有抵抗力。”

健康作物小组组长Eliza Loo博士补充说:“可以说，这是一种原型，对其祖先很有用，但现在在干旱时期导致毁灭性的作物损失。关闭这种基因似乎是权宜之计，而且没有明显的副作用。”

有希望的结果和未来的方向

令人惊讶的是，无论是关闭密切相关的CPR5.2基因，还是关闭RYMV2和CPR5.2两个基因——至少在温室条件下——都不会导致损伤。同样值得注意的是，CPR5.2的缺失并不会导致RYMV抗性。一切都表明，编辑RYMV2基因是对抗非洲水稻病害的一种有希望的方法。

参考文献:“Rice Yellow Mottle Virus resistance by genome editing of the Oryza sativa L. ssp. japonica nucleoporin gene OsCPR5.1 but not OsCPR5.2” by Yugander Arra, Florence Auguy, Melissa Stiebner, Sophie Chéron, Michael M. Wudick, Manuel Miras, Van Schepler-Luu, Steffen Köhler, Sébastien Cunnac, Wolf B. Frommer and Laurence Albar, 20 December 2023, Plant Biotechnology Journal.