烟草DMR6基因突变体与杂交种的土传病原抗性及农艺性状研究

这篇研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，在烟草(Nicotiana tabacum)中创制DMR6基因双突变体，显著提升对黑胫病(Phytophthora nicotianae)和青枯病(Ralstonia solanacearum)的抗性，但发现纯合突变导致叶片生理性斑点的产量损失。研究提出杂合突变可作为抗性与产量平衡的育种策略，为作物抗病遗传改良提供新思路。

　　

引言

烟草栽培面临土传病原体的严重威胁，其中黑胫病(Phytophthora nicotianae)和青枯病(Ralstonia solanacearum)是主要致病菌。传统抗病育种依赖天然抗性基因，但存在抗性不足或伴随产量下降的问题。近年研究发现，通过编辑病原易感基因(如DMR6)可激活水杨酸(SA)介导的系统获得性抗性(SAR)。本研究在烟草中靶向编辑两个DMR6-1基因拷贝，系统评估不同突变组合对病原抗性和农艺性状的影响。

材料与方法

研究团队利用双sgRNA策略设计CRISPR/Cas9载体，在五个烟草遗传背景（包括高感品种Hicks和中抗品种K326）中创制DMR6-S和DMR6-T基因的纯合/杂合突变体。通过田间病圃试验评估黑胫病和青枯病抗性（计算病情进展曲线下面积AUDPC），并在三个环境测定产量、开花时间及烟叶化学品质。

结果

抗病性突破：双纯合突变体(22)对两种病害的抗性提升最显著，黑胫病AUDPC降低40-60%，达到高抗对照品种K346水平。杂合突变体(11)也表现出中等抗性增强。

产量代价：双纯合突变导致采收前叶片出现特征性生理斑点（可能与SA过量积累相关），使产量下降36.9%。而杂合突变体仅减产5.4%，且无叶片异常。

品质变化：双纯合突变体的还原糖含量显著降低，但总生物碱仅在携带MlQTL的杂交组合中略有升高。

讨论

研究揭示了DMR6基因剂量效应与抗性-产量平衡的关系：

1. 1.

   双等位突变通过持续激活SAR通路实现最强抗性，但SA代谢紊乱导致氧化损伤；

2. 2.

   单等位突变提供适度抗性且农艺性状可接受，提示杂合状态可作为育种折中方案；

3. 3.

   携带MlQTL的杂交种能部分抵消突变体的产量损失，为背景选择提供参考。

应用前景

作者建议通过时空特异性调控DMR6表达（如病原诱导启动子）来优化抗病与生长的平衡。该策略也可拓展至其他作物，为抗病育种提供新范式。