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水稻!登上Nature:华中农业大学攻关“水稻癌症” 10年科研马拉松终于开花结果!

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2023-11-24 20:34:50

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国的主要粮食作物。然而,水稻生长过程中会遭受多种病害的侵害,其中最严重的是稻瘟病白叶枯稻曲病,这三种病害被称为“水稻癌症”,每年造成全球水稻产量的10%~30%损失,严重威胁国家粮食安全和农民收入。

今年6月14日,李国田教授在《自然》上发表最新研究成果,他们通过“分子剪刀”创制了新型广谱抗病基因,实现对稻瘟病、白叶枯和稻曲病三病抗性“加持”,实现粮食大幅增产。

三病:造成巨高粮食损失

稻瘟病是由一种真菌——稻瘟菌引起的,它可以感染水稻的叶片、茎秆、穗部等各个部位,导致叶片出现灰色或黄色的斑点,茎秆变黑腐烂,穗部变黑不结实。

白叶枯是由一种细菌——白叶枯菌引起的,它可以通过昆虫或机械伤口侵入水稻植株,导致叶片出现白色条纹或枯萎,茎秆断裂或空心,穗部不开花或不结实。

稻曲病是由一种病毒——稻曲病毒引起的,它可以通过昆虫或接种传播给水稻植株,导致叶片出现黄色条纹或卷曲,茎秆变细变弱,穗部变小变形。



为了防治这些“水稻癌症”,科学家们进行了长期的探索和努力。传统的方法是通过育种选择具有抗病性的水稻品种,但这种方法耗时耗力,而且难以获得对多种病原菌都有抵抗力的品种。

近年来,随着生物技术的发展,科学家们开始尝试利用基因工程或基因编辑技术来改造水稻基因组,增强其抗病性。基因工程是将外源基因导入水稻基因组中,使其表达特定的蛋白质或酶来抵御病原菌。基因编辑是利用一些特殊的分子工具(如CRISPR/Cas9)来切割或修复水稻基因组中特定的序列,使其发生突变或重组来改变其功能。



华中农业大学李国田教授团队就是利用基因编辑技术,在Nature杂志上发表了一项重要的研究成果 。


10年科研马拉松

他们克隆到一个广谱抗病类病斑突变体基因RBL1,并通过基因编辑创制了增强作物广谱抗病性且稳产的新基因RBL1Δ12。该新基因可以同时提高水稻对稻瘟病、白叶枯和稻曲病的抗性,而且不影响水稻的生长和产量。

这是首次通过基因编辑技术实现水稻对多种病原菌的抗性提升,也是首次在Nature杂志上发表水稻基因编辑的研究成果。



该团队的研究成果是经过十年科研“马拉松”的艰辛付出的。他们从2009年开始,对水稻的类病斑突变体进行了深入的遗传分析和功能鉴定,发现了一个名为RBL1的广谱抗病基因,该基因可以同时抵御真菌、细菌和病毒三种不同类型的病原菌。然而,该基因也有一个缺点,就是会导致水稻的产量下降。



为了解决这个问题,他们利用CRISPR/Cas9这个“分子剪刀”,对RBL1基因进行了精准的编辑,切掉了其中一个编码区域,创造了一个新的基因RBL1Δ12。他们发现,这个新基因不仅保持了原来的广谱抗病性,而且还消除了对水稻产量的负面影响。他们还将这个新基因导入其他水稻品种中,发现其效果也很好。



他们决定向世界科研顶尖《自然》投稿“冲刺”!但为了发表这项研究成果,他们也经历了不少挫折和困难。

“一稿既是信心的体现,也是‘试水’,能给一个修改机会就算成功!”沙干和孙鹏说,那段时间很紧张,每天晚上忙到凌晨,第二天第一件事就是打开邮箱看有没有回复。

如果说第一稿是“探路”,那第二稿就是焦虑因为可能文章直接被拒。幸运的是他们抓住机会补充实验,用98页纸耐心回答了22页纸的问题。

这样的坚持是在奋斗中铸造出来的。实验室的师生经常用2018年前后建立实验室的经历激励自己……那是2017年11月,李国田决定在华中农大工作,但实际上因为博后的结项工作,直到2018年9月他才到学校报道。

让他至今回想起来还很感动的是,在来校之前,学校提前为他招收了4名硕士和2名博士!但他们面对的情况是,师生6个人必须“从零开始”,从无到有组建实验室。



好在导师的精神一直激励着大家。从仪器设备的购买到安装再到开展实验,整个过程不到一个月,当PCR和稻瘟病菌实现转化那一刻,师生无不欢呼!

因为暂时没有分配到温室,刚回国的李国田带领同学们还在狮子山北边开垦过荒地、建设过简易温室大棚。



还记得那是2020年2月,杨磊同学成了团队唯一一名留校的同学。因为肩负重任,他曾鼓足勇气,径直来到空无一人的山北试验田,纵然推开大棚那一刻有剧烈的不适应,但他终究打开了试验田的那扇大门。

事后他自豪地说:“我照看并保护了水稻材料!我们当时成了全国继续科学研究的少数单位之一!”

有了杨磊同学照看并收获的少数几粒种子,实验得以进一步开展。没有亲身经历“苦”,就不能真切感受“甜”。

2023年6月14日深夜,李国田和团队的师生坐等成果上线,这一刻是苦尽甘来的最好时光……

他们揭示了水稻广谱抗病机制的分子基础,为进一步探索作物抗病信号转导途径提供了新的线索和方法。从应用上讲,他们创造了一种新型的广谱抗病基因,为培育高产高抗的水稻品种提供了新的材料和技术。该团队表示,他们将继续深入开展相关研究,并与农业部门合作,推动该技术在实际生产中的应用,为保障国家粮食安全和农民收入做出贡献。



华中农业大学李国田教授团队在攻克“水稻癌症”方面取得了重大突破,他们用“分子剪刀”创造了一种新型的广谱抗病基因,并在Nature杂志上发表了一项具有里程碑意义的研究成果。他们展示了中国科学家在生物技术领域的创新能力和国际影响力,也为我国粮食安全和农业发展提供了有力支撑。


内容来源:华中农业大学官网,爱科会易仅用于学术交流

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国的主要粮食作物。然而,水稻生长过程中会遭受多种病害的侵害,其中最严重的是稻瘟病白叶枯稻曲病,这三种病害被称为“水稻癌症”,每年造成全球水稻产量的10%~30%损失,严重威胁国家粮食安全和农民收入。

今年6月14日,李国田教授在《自然》上发表最新研究成果,他们通过“分子剪刀”创制了新型广谱抗病基因,实现对稻瘟病、白叶枯和稻曲病三病抗性“加持”,实现粮食大幅增产。

三病:造成巨高粮食损失

稻瘟病是由一种真菌——稻瘟菌引起的,它可以感染水稻的叶片、茎秆、穗部等各个部位,导致叶片出现灰色或黄色的斑点,茎秆变黑腐烂,穗部变黑不结实。

白叶枯是由一种细菌——白叶枯菌引起的,它可以通过昆虫或机械伤口侵入水稻植株,导致叶片出现白色条纹或枯萎,茎秆断裂或空心,穗部不开花或不结实。

稻曲病是由一种病毒——稻曲病毒引起的,它可以通过昆虫或接种传播给水稻植株,导致叶片出现黄色条纹或卷曲,茎秆变细变弱,穗部变小变形。



为了防治这些“水稻癌症”,科学家们进行了长期的探索和努力。传统的方法是通过育种选择具有抗病性的水稻品种,但这种方法耗时耗力,而且难以获得对多种病原菌都有抵抗力的品种。

近年来,随着生物技术的发展,科学家们开始尝试利用基因工程或基因编辑技术来改造水稻基因组,增强其抗病性。基因工程是将外源基因导入水稻基因组中,使其表达特定的蛋白质或酶来抵御病原菌。基因编辑是利用一些特殊的分子工具(如CRISPR/Cas9)来切割或修复水稻基因组中特定的序列,使其发生突变或重组来改变其功能。



华中农业大学李国田教授团队就是利用基因编辑技术,在Nature杂志上发表了一项重要的研究成果 。


10年科研马拉松

他们克隆到一个广谱抗病类病斑突变体基因RBL1,并通过基因编辑创制了增强作物广谱抗病性且稳产的新基因RBL1Δ12。该新基因可以同时提高水稻对稻瘟病、白叶枯和稻曲病的抗性,而且不影响水稻的生长和产量。

这是首次通过基因编辑技术实现水稻对多种病原菌的抗性提升,也是首次在Nature杂志上发表水稻基因编辑的研究成果。



该团队的研究成果是经过十年科研“马拉松”的艰辛付出的。他们从2009年开始,对水稻的类病斑突变体进行了深入的遗传分析和功能鉴定,发现了一个名为RBL1的广谱抗病基因,该基因可以同时抵御真菌、细菌和病毒三种不同类型的病原菌。然而,该基因也有一个缺点,就是会导致水稻的产量下降。



为了解决这个问题,他们利用CRISPR/Cas9这个“分子剪刀”,对RBL1基因进行了精准的编辑,切掉了其中一个编码区域,创造了一个新的基因RBL1Δ12。他们发现,这个新基因不仅保持了原来的广谱抗病性,而且还消除了对水稻产量的负面影响。他们还将这个新基因导入其他水稻品种中,发现其效果也很好。



他们决定向世界科研顶尖《自然》投稿“冲刺”!但为了发表这项研究成果,他们也经历了不少挫折和困难。

“一稿既是信心的体现,也是‘试水’,能给一个修改机会就算成功!”沙干和孙鹏说,那段时间很紧张,每天晚上忙到凌晨,第二天第一件事就是打开邮箱看有没有回复。

如果说第一稿是“探路”,那第二稿就是焦虑因为可能文章直接被拒。幸运的是他们抓住机会补充实验,用98页纸耐心回答了22页纸的问题。

这样的坚持是在奋斗中铸造出来的。实验室的师生经常用2018年前后建立实验室的经历激励自己……那是2017年11月,李国田决定在华中农大工作,但实际上因为博后的结项工作,直到2018年9月他才到学校报道。

让他至今回想起来还很感动的是,在来校之前,学校提前为他招收了4名硕士和2名博士!但他们面对的情况是,师生6个人必须“从零开始”,从无到有组建实验室。



好在导师的精神一直激励着大家。从仪器设备的购买到安装再到开展实验,整个过程不到一个月,当PCR和稻瘟病菌实现转化那一刻,师生无不欢呼!

因为暂时没有分配到温室,刚回国的李国田带领同学们还在狮子山北边开垦过荒地、建设过简易温室大棚。



还记得那是2020年2月,杨磊同学成了团队唯一一名留校的同学。因为肩负重任,他曾鼓足勇气,径直来到空无一人的山北试验田,纵然推开大棚那一刻有剧烈的不适应,但他终究打开了试验田的那扇大门。

事后他自豪地说:“我照看并保护了水稻材料!我们当时成了全国继续科学研究的少数单位之一!”

有了杨磊同学照看并收获的少数几粒种子,实验得以进一步开展。没有亲身经历“苦”,就不能真切感受“甜”。

2023年6月14日深夜,李国田和团队的师生坐等成果上线,这一刻是苦尽甘来的最好时光……

他们揭示了水稻广谱抗病机制的分子基础,为进一步探索作物抗病信号转导途径提供了新的线索和方法。从应用上讲,他们创造了一种新型的广谱抗病基因,为培育高产高抗的水稻品种提供了新的材料和技术。该团队表示,他们将继续深入开展相关研究,并与农业部门合作,推动该技术在实际生产中的应用,为保障国家粮食安全和农民收入做出贡献。



华中农业大学李国田教授团队在攻克“水稻癌症”方面取得了重大突破,他们用“分子剪刀”创造了一种新型的广谱抗病基因,并在Nature杂志上发表了一项具有里程碑意义的研究成果。他们展示了中国科学家在生物技术领域的创新能力和国际影响力,也为我国粮食安全和农业发展提供了有力支撑。


内容来源:华中农业大学官网,爱科会易仅用于学术交流