通过 CRISPR/Cas9 基因编辑调控宿主信号培育高粱抗独脚金的新突破

高粱是撒哈拉以南非洲数百万人的主要粮食作物，却受独脚金（Striga）寄生严重影响产量。研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术编辑高粱独脚金内酯（SL）生物合成基因及未知基因。结果显示编辑植株突变稳定、SL 减少、抗 Striga 能力增强，为培育抗 Striga 高粱提供新思路。

　　高粱（Sorghum bicolor L.）是撒哈拉以南非洲（SSA）数百万人的主要粮食作物。它主要受到寄生杂草独脚金（Striga）的制约，独脚金可导致高达 100% 的产量损失，影响超过 60% 的可耕地和人们的生计。在这项研究中，利用 CRISPR/Cas9 技术诱导高粱中核心独脚金内酯（SL）生物合成基因，即 CCD7、CCD8、MAX1，以及精细定位的 400 kb lgs1 区域中一个未被表征的基因（DUF）发生突变，以培育持久的抗独脚金能力。通过基于未成熟胚的农杆菌介导转化，将表达盒导入两个高粱品种。研究表明，在两个高粱基因型中，转化效率约为 70%，基因编辑效率高达 17.5%（基于已定植植株数量计算）。随后对 E₁代纯合 E₀株系的分析证实了所有目标基因的突变稳定整合。CCD7、CCD8、MAX1 和 DUF 基因的功能缺失突变导致 SL 生物合成途径中相关基因的表达显著下调。编辑株系的表型分析显示，与野生型植株相比，表型模式发生了变化。对根系分泌物的分析表明，与野生型植株相比，编辑株系中 SL 的产生显著减少。独脚金感染实验表明，SL 产生较低的编辑株系中独脚金的出苗率延迟或降低，这突出了通过基因改变 SL 产生来控制独脚金侵扰的潜力。这项研究揭示了 CCD7、CCD8、MAX1 和 DUF 基因在高粱中对减少和 / 或改变 SL 产生以及提高对独脚金侵扰的抗性方面的功能作用。