（2021.1.30 國科農研院）

澳大利亞國家科學機構CSIRO的研究人員領導了一項國際項目，旨在通過將抗性基因“疊加”在一起，開發(fā)出具有更強、更持久的抗銹病新型小麥品種?！盎虔B加”技術改變了常規(guī)育種中逐一添加抗性基因的方法，這相對于常規(guī)小麥育種方案來說是一項重大進步。研究人員開發(fā)了新的基因技術，可以將五種不同的小麥抗性基因結合并同時整合到小麥基因組中。相關的研究成果已經發(fā)表在《自然-生物技術》雜志上，并且根據(jù)發(fā)表的結果來看這種整合有效的防止了整合基因在植物繁育過程中的分離。

CSIRO首席研究員Mick Ayliffe博士表示，這種整合技術就相當于在門上放五把鎖，只擁有其中一把鑰匙時，您很難成功進入。現(xiàn)場測試也表明，基因疊加技術研發(fā)的小麥品種具有良好的應對多種銹病的能力。

在世界范圍內，人們通過小麥攝入的熱量約為總攝入熱量的20%，這也使得保護小麥作物對世界糧食安全至關重要，除小麥之外，銹病對大麥，燕麥，黑麥和黑小麥等作物也具有明顯的致病作用。銹病在世界各地都是一個重大難題，因此世界各地的科學家們協(xié)調合作，共同應對。來自澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織，明尼蘇達大學，奧爾胡斯大學，約翰·英內斯中心，美國農業(yè)部，新疆大學的研究人員組成了團隊進行國際合作，專門攻克銹病的難題。

約翰英納斯中心的布蘭德·伍爾夫博士說到，目前已經利用MutRenSeq技術克隆了五個抗性基因中的兩個，證明了這一技術的可行性。對于應對新的銹病流行，除了傳統(tǒng)的方式之外也多了一種替代方案，同時也可以讓轉基因作物的反對者看到這一技術的獨特優(yōu)勢，從而增加人們對轉基因技術好感。目前正在開發(fā)的小麥基因疊加技術，是基于基因組編輯工具生產的不含基因修飾的作物品種，這些作物在美國等國家可能被視為非轉基因作物。

小麥莖稈銹病在英國是一種歷史悠久的病害，距離上一次銹病的爆發(fā)已經過去了60多年，但由于氣候變化及現(xiàn)代小麥品種對銹病的抗性缺乏，導致病害卷土重來。小麥銹病可以迅速變異，這使得小麥育種者很難用傳統(tǒng)育種方法迅速做出反應。但是，在一個基因庫中編譯多個抗性基因可以加強小麥的防御能力，并且更加高效。

Ayliffe博士說，這項研究目前針對的是莖銹病，但該技術也可以用于培育抗條銹病和葉銹病等品種，并可以在現(xiàn)有的不同小麥品種中增強銹病抗性。還不清楚這種新的基因疊加技術的上限。目前擁的最大的是含有8個抗性基因的疊加，可能提供更多的抗銹病保護。目前對于小麥及其野生親緣植株的抗病基因的發(fā)掘和克隆也取得了較大進展，主要的技術包括：

MutRenSeq

結合誘變和抗性基因富集測序（RenSeq），這項技術可以定位細胞內的免疫受體，從而降低小麥基因組測序的成本。在小麥中，有超過3000個免疫受體基因。這項技術的研發(fā)使得科學家快速克隆了抗莖銹病基因Sr22、Sr45、Sr26、Sr60和抗條銹病基因Yr5a、Yr5b、Yr7。

MutChromSeq

另一種降低小麥基因組復雜性的方法是將該基因映射到其21條染色體中的一條上。由于染色體流分類和純化技術的改進，現(xiàn)在幾乎可以對任何小麥品種的單個染色體進行排序。通過誘變與染色體流分選（MutChromSeq）相結合，分離出小麥抗白粉病基因Pm2。

AgRenSeq

該技術使用自然狀態(tài)下的遺傳結構，即重新組合和突變，這在一個小麥的野生群體中積累了數(shù)千年，從而繞過了生成所需要的遺傳結構的過程，如MutRenSeq或MutChromSeq。AgRenSeq需要一個遺傳多樣性的面板，其次是RenSeq和表型。這項技術將發(fā)現(xiàn)和克隆結合在一起，大大減少了克隆抗病基因的時間線和成本。一旦一個面板被序列配置和擴大，它可以一次又一次地用于對抗不同的病原體和病原體分離物。通過AgRenSeq技術迅速完成了Sr46的克隆和SrTA1662候選基因的鑒定（Arora et al.2019）。

改進的小麥基因組組裝技術和小麥轉化方法很可能在未來2-4年內顯著降低研究障礙。這將為生產和測試多抗性轉基因作物提供原料，這些轉基因作物不僅可以對抗莖銹病，還可以對抗小麥和其他重要作物的許多其他主要病害。