基因|多重基因剪刀“拿下”小麦白粉病( 二 ) 小麦|基因组|白粉病|编辑

只有这两个基因组发生改变，还不足以抵抗白粉病，所以B基因组上一定有问题。高彩霞说，受限于当时的基因组数据，研究团队在这个问题上探索了4年始终未能解决。
直到2018年，借助新完成的小麦基因组重测序数据和染色体精细图谱，这个暗箱终于被打开了。
让研究团队吃惊的是， Tamlo-R32突变体的B基因组上竟然发生了高达304Kb（超过30万DNA字母）的大片段删除——这导致该突变体的染色体三维结构被改变，使上游基因TaTMT3（与糖转运蛋白相关）表达水平上升，进而克服了感病基因MLO突变引起的负面表型，最终实现了抗病和产量的双赢。
悬疑破解了，但要精确实现304Kb这一大的基因组片段剪切，并非易事。 ‘剪刀’的效率要特别高。高彩霞对《中国科学报》说，抗白粉病基因编辑研究十年来，目前已拥有7项核心技术专利，研究团队还开创了一系列基因组编辑新技术。
正是基于这些核心技术，研究组通过叠加使用基因剪刀，在敲除MLO感病基因的同时，删除了TaMLO-B附近的大片段DNA ，从而成功将这一抗病高产优异性状引进到我国多个小麦主栽品种中。
由于MLO的基因功能在不同植物中相对保守，研究者进一步发现，在模式植物拟南芥中过表达TMT3也能克服其感病基因突变产生的负面表型。这证明了叠加的遗传改变可以克服感病基因突变带来的生长缺陷，为作物抗病育种研究提供了新的理论视角。论文第一作者、邱金龙团队助理研究员李盛楠说。
至此，研究团队终于讲完了利用感病基因进行小麦抗病育种的故事。回顾其中的挑战，高彩霞有些风轻云淡地说：我们知道路就在那里，只要坚持不懈就一定能够到达。
这个历经八年抗战取得的研究成果获得了审稿人的一致好评。多位审稿人表示这项研究具有很大应用潜力。其中一位审稿人指出：这项工作在探索没有负面效应的抗病小麦育种上迈出了重要一步。
基因编辑除了剪刀还是橡皮和铅笔
基因组编辑的一个优点是可以更方便、快捷、精准地进行作物育种和改良。李盛楠说，研究团队用了数年时间了解Tamlo-R32的突变机制后，仅用了几个月就利用基因组编辑技术在多个小麦主栽品种中获得了抗病且高产的种质资源。而传统杂交育种则需要五六年的时间。
在2019年和2020年于北京和河北赵县进行的大田试验中，联合团队进一步证明了新种质资源的可靠性：常规MLO突变体造成的株高矮化在10%左右，产量降低16%左右；而新突变体具有超出或至少保持与亲本一致的产量。
培育和推广抗病新品种是防治植物病害最经济、高效和环境友好的策略。康振生评论说，这项研究验证了基因组编辑技术的发展对作物性状改良具有重大推动作用，尤其对经典遗传改造难以实施的多倍体复杂基因组农作物的改良，对保障粮食安全具有重要意义。
和传统育种技术相比，基因组编辑育种的优势非常明显。高彩霞对比说，传统杂交育种要引入一个抗病基因，需要进行6~8代的回交，整个过程非常漫长，而且其前提是杂交的亲本种要有抗病基因。通过突变育种（辐射、化学诱变等方法）具有盲目性和随机性，找到理想的突变体无异于大海捞针。而基因组编辑为精准定向育种提供了可能。
通过基因组编辑可以不添加任何外源性的基因，只需要把靶向的序列修改好，大大节省了时间、减少了工作量。她补充说。
高彩霞指出，基因组编辑技术经过10年的发展已经不仅仅是一把剪刀的概念。进化至2.0时代的碱基编辑和引导编辑还可以是一块橡皮或一支铅笔。如果一个序列有点多，你可以把它剪掉；如果组成DNA的四个字母ATCG有一个错了，你可以用‘橡皮擦’把它擦掉，然后用‘铅笔’写入正确的字母，而‘铅笔’‘橡皮擦’是不留在细胞里的。