基因|多重基因剪刀“拿下”小麦白粉病小麦|基因组|白粉病|编辑

时隔八年，曾广受关注的小麦白粉病缉凶案终于迎来了续篇。
中科院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队和中科院微生物研究所研究员邱金龙团队用多重基因剪刀，实现了对小麦重要感病基因序列的精准操控，获得了既高抗白粉病又高产的新材料。相关研究2月10日发表于《自然》。这意味着，号称小麦三大病害之一的白粉病终于被我国科学家拿下。
这一具有重要理论与实际应用价值的研究工作，将成为作物育种领域标志性的成果。中国工程院院士、西北农林科技大学康振生对此评论说，它展现了基因组编辑在作物分子设计育种中的巨大潜力，对保障粮食安全具有重大意义。
另一只靴子落地
据农业农村部统计，我国每年受白粉病影响的小麦面积达到1亿亩左右，重病田甚至会减产40% 。将这一严重威胁粮食安全的真菌缉拿归案，是很多育种专家的梦想。
【基因|多重基因剪刀“拿下”小麦白粉病】目前，分子育种家都是通过抗性基因帮助作物抵抗白粉病。但就像病毒预防一样，这种途径不具有广谱性和持久性，很容易随着白粉病新小种的出现而失去效用。
病原菌的成功侵染需要利用植物感病基因，能否通过阻断这个病害与植物连接的桥梁来获得广谱持久的抗性呢？
这是科学家想做但又不敢去做的一件事，因为感病基因的敲除具有两面性：抗病的同时，也会影响植物生长。
科学家很早就知道MLO是小麦的感病基因，但由于普通小麦是异源六倍体， MLO基因有3个拷贝，几乎不可能通过天然突变方式同时敲除这3个基因。 2014年，合作团队利用基因剪刀定向敲除MLO的3个拷贝，不出所料地获得了对白粉病具有广谱持久抗性的小麦新材料。
相关研究在《自然—生物技术》发表后引起了世界范围内的极大关注。该研究入选了该刊创刊20周年最具影响力的20篇文章，并入选《麻省理工科技评论》2016年全球十大技术突破。高彩霞也因引领了植物基因组编辑的浪潮，入选《自然》2016年度十位中国科学之星。
不过，这个故事还有后续——正如在其他多种植物中观察到的一样，研究团队发现敲除感病基因MLO的小麦出现了一定程度的负面表型，如早衰、植株变矮、产量下降等，限制了其在生产上的广泛应用。
对此，研究团队选择迎难而上。
在当时敲除MLO后得到的100多个基因组编辑小麦突变体中，他们发现了一个宝贝材料——突变体Tamlo-R32 。它在表现出对白粉菌的抗性的同时，生长发育和产量完全正常。
这个与众不同的材料让高彩霞坚信，感病基因突变抗病并非死胡同，沿着这条路走一定能够做成。
现在，经过八年协力攻关，另一只靴子终于落地。在发表于《自然》的新研究中，他们解开了Tamlo-R32突变背后的秘密，克服了感病基因MLO突变引起的负面表型，实现了抗病高产鱼与熊掌的兼得。
层层推进破悬疑
在敲除MLO得到的大量突变体中， Tamlo-R32为何一枝独秀？这个产量甚至超过普通野生型小麦的材料是怎么出现的？如何通过基因组编辑获得该突变体并将其导入小麦主栽品种中？
2014年之后，围绕Tamlo-R32这个主角的系列悬疑，成为高彩霞和合作者要破解的谜题。
但这做起来并不容易。
普通小麦基因组十分庞大，是人类基因组的5倍、水稻基因组的40倍。其序列重复性相当高，基因组结构极为复杂。
一开始，由于小麦基因组数据并不完善，研究团队只能通过一系列漫长的传统遗传学实验进行分析，最终确定在小麦3个染色体组A、B、D中， A和D基因组上都存在预期的突变。