東北地理所在利用基因編輯技術(shù)靶向miRNA基因改良大豆抗病性方面取得重要進(jìn)展
大豆（Glycine max）作為全球重要的糧食與經(jīng)濟(jì)作物，其田間生產(chǎn)經(jīng)常遭受多種病害的侵襲，導(dǎo)致嚴(yán)重產(chǎn)量損失。培育廣譜抗病品種已成為當(dāng)前大豆病害綠色防控中最為經(jīng)濟(jì)有效的策略。然而，傳統(tǒng)育種難以兼顧抗病性與產(chǎn)量協(xié)同提升。microRNA（miRNA）作為植物基因表達(dá)調(diào)控的核心分子，通過(guò)介導(dǎo)靶基因沉默及phasiRNA生成，在生長(zhǎng)發(fā)育與抗病應(yīng)答中發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中，miR2118家族作為保守的phasiRNA觸發(fā)器，在單子葉作物中的功能已得到證實(shí)，但在大豆中的生物學(xué)功能尚未明確。
東北地理所聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所等單位，運(yùn)用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)靶向突變大豆miR2118a/b基因（miR2118a/b-5p區(qū)域），成功創(chuàng)制出無(wú)轉(zhuǎn)基因的人工amiR2118a/b純合突變體，并系統(tǒng)解析了miR2118如何通過(guò)調(diào)控phasiRNA生物合成進(jìn)而影響大豆的抗病性和生長(zhǎng)發(fā)育。
與野生型大豆相比，amiR2118a/b突變體的pre-amiR2118a/b二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，同時(shí)成熟miR2118a/b的表達(dá)水平顯著下調(diào)，導(dǎo)致下游介導(dǎo)的phasiRNAs生物合成也受到顯著抑制。無(wú)論在正常條件下還是接種細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌Pseudomonas syringae pv. glycinea (Psg)后，amiR2118a/b突變體內(nèi)與光合作用、脂肪酸合成相關(guān)基因，以及防御反應(yīng)相關(guān)基因（如抗線蟲(chóng)關(guān)鍵基因GmSNAP18）均呈顯著上調(diào)表達(dá)，使得植株處于防御“預(yù)警”狀態(tài)。值得注意的是，amir2118a/b雙突變體m1和m2對(duì)葉際細(xì)菌病害Psg和土傳線蟲(chóng)病害（大豆胞囊線蟲(chóng)和根結(jié)線蟲(chóng)）表現(xiàn)出抗性增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地上部與地下部病害的跨類型防控。兩年田間試驗(yàn)證實(shí)，突變體單株莢數(shù)、粒數(shù)、粒重均顯著優(yōu)于野生型，小區(qū)測(cè)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)7.4%-8.7%的穩(wěn)定增產(chǎn)，成功打破了抗病性與產(chǎn)量的協(xié)同限制。本研究提出了一種作物復(fù)雜性狀改良的可行策略，即利用CRISPR/Cas系統(tǒng)精準(zhǔn)靶向miRNAs非功能區(qū)進(jìn)行突變，通過(guò)調(diào)控phasiRNA級(jí)聯(lián)效應(yīng)進(jìn)而提升大豆抗病性與產(chǎn)量（圖1）。
圖1. amiR2118a/b突變體表現(xiàn)出大豆產(chǎn)量和抗病性協(xié)同提升
該研究近期發(fā)表于國(guó)際權(quán)威SCI一區(qū)期刊《Trends in Biotechnology》上（影響因子14.9）。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所陳李淼副研究員、研究生歐陽(yáng)文琦（博士在讀）與中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所胡巖峰副研究員為共同第一作者，美國(guó)德州理工大學(xué)Lam-Son Phan Tran教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所周新安研究員及曹東研究員為共同通訊作者。研究得到中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目（2020236）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（32072087）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Limiao Chen#,Wenqi Ouyang#,Yanfeng Hu#,Lihua Peng,Peike Chen,Wei Guo,Hongli Yang,Juan Xu,Mengyue Pan,Dami Xu,Xinyang Wang,Chanjuan Zhang,Shuilian Chen,Qingnan Hao,Songli Yuan,Yi Huang,Zhihui Shan,ZhongluYang,Rui Xia,Tarek Hewezi,Haifeng Chen,Lam-Son Phan Tran*,Xinan Zhou* and Dong Cao*. 2025. Creating artificial miR2118a/b to boost yield and broad-spectrum resistance in soybean via CRISPR/Cas9-targeted mutation. Trends in Biotechnology,https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.10.022.
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779925004500
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