水稻白叶枯病抗性材料

水稻白叶枯病菌收录于我国《进境植物检疫性有害生物名录》，是重要的检疫对象。Xoo从水稻叶片的叶尖或叶缘水孔处侵入，在细胞间隙增殖，随后进入维管束组织并利用维管束在植物体内转移扩散。Xoo在侵染水稻过程中，通过多种途径将数量众多的毒性因子分泌到胞外或者转运到宿主细胞内，例如III型分泌系统效应蛋白。这些毒性因子靶向多个水稻靶点，通过抑制植物防卫反应或攫取养分，达到利于病原菌增殖和传播的目的。例如，Xoo中类转录激活效应因子靶向的水稻感病基因主要是SWEET糖转运蛋白家族基因(包括OsSWEET11、Os⁃SWEET13和OsSWEET14)。Xoo引起水稻的白叶枯病，严重威胁到水稻生产和粮食安全。BB发生时一般会给水稻造成20%~30%的减产，严重情况下可达50%~60%，甚至绝产。

长期的生产实践证明，培育和利用水稻抗病品种是控制此病害最有效、最经济也是最环保的手段。但是随着病原物的不断进化和生态条件恶化带来的生物多样性减少，可利用的抗病育种资源愈来愈少。抗病基因挖掘多从已有抗病资源中获得，如野生稻资源、地方特色品种等，这些资源应用于育种需要通过不断杂交和回交才能将抗病基因整合到现代水稻品种中，所需时间长，且存在遗传累赘等利用困难现象。利用外源基因整合到受体品种基因组中即转基因育种也是一种获得优良性状的手段，但是外源基因在受体基因组的定点整合问题至今没有解决，而外源基因在受体基因组的随机插入不仅可能导致外源基因的表达在某些位点受阻，而且可能导致受体基因组的某些有益基因失活，因而降低了获得理想转基因个体的效率，以及目前的转基因植物常常面临生物安全问题等。
基因组编辑技术的问世，为创制生物资源及育种利用提供了新途径。目前，基因组编辑技术主要包括锌指核酸酶、类转录激活效应因子核酸酶以及CRISPR/Cas9，3种编辑技术。ZFNs体系的构建难度较大、成本高，目前只成功应用于人类干细胞、大鼠、烟草等少数生物体的基因组编辑。在作物改良上，只有一例利用该技术对玉米性状进行改良的报道。与ZFNs相比，TALENs载体的构建相对简单、成本也大幅度降低，此技术迅速被应用起来。例如，利用该技术对感病水稻效应子结合元件位点进行突变达到了规避PthXo1、AvrXa7、Tal5、TalC等TALEs毒力的目的，使水稻感病品种产生了抗病的效果。继TALENs技术后，国际上又出现了基因组定点编辑的CRISPR/Cas9技术，该技术凭借着成本低廉、操作方便、效率高等优点，被迅速应用于人类、动物和植物等的基因组编辑。例如，F.Wang等针对稻瘟病负调控基因进行定点编辑，获得了稻瘟病抗性明显提高的水稻材料。M.Li等对水稻产量相关基因进行定点修饰，发现每穗实粒数、粒长都明显增加。Y.Wang等对水稻基因DEP1进行定点突变，突变后使水稻材料植株变矮，籽粒密度、产量增加。Y.Zhang等对小麦3个负调控同源基因TaEDR1进行定点编辑，提高了小麦对白粉病的抗性。J.Shi等对玉米一个乙烯响应的负调控因子ARGOS8进行编辑，在干旱条件下，突变体的抗旱性显著高于野生型。J.Li等对水稻OsEPSPS基因定点替换，获得的突变体对草甘膦具有抗性。目前，CRISPR/Cas9技术在农作物的各种性状改良上得到了广泛的应用。