普通小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，其基因組龐大(17,000Mb，約是人類(lèi)基因組的5倍)且含有高達(dá)80%—90%的重復(fù)序列，因此，針對(duì)小麥的基因功能研究及遺傳育種都非常困難。傳統(tǒng)突變育種方法，如EMS誘變、物理輻射等手段，突變的隨機(jī)性較大、效率較低，很難在六倍體的小麥里獲得多個(gè)拷貝基因同時(shí)突變的植株，從而不能獲得所需的農(nóng)藝性狀。因此，需要快速、準(zhǔn)確度高的方法來(lái)提高小麥的育種速度以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)小麥產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的需求。白粉病是小麥的主要病害之一，嚴(yán)重影響到小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，培育出對(duì)白粉病具有持久、廣譜、高抗特性的小麥抗病品種一直是育種上的重大挑戰(zhàn)。在與小麥親緣關(guān)系較近的大麥中，已知MLO基因的功能缺失突變使其對(duì)白粉病產(chǎn)生廣譜和持久的抗性。這種抗性在生產(chǎn)上已成功應(yīng)用了30多年還沒(méi)有被打破。但是，由于小麥和大麥之間存在生殖隔離，難以進(jìn)行雜交育種，大麥的這種優(yōu)良性狀不能直接為小麥所用。在小麥A、B、D基因組上MLO基因各有一個(gè)拷貝，對(duì)小麥MLO等位基因的缺失突變有望產(chǎn)生廣譜抗白粉病的品種。

　　據(jù)介紹，該研究利用TALEN和CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)小麥MLO基因的定向突變，且誘導(dǎo)的突變?cè)谛←溊锟梢苑€(wěn)定遺傳到后代，并符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律。突變體材料經(jīng)過(guò)一代或兩代自交，獲得了MLO基因不同組合的純合突變體。通過(guò)小麥白粉菌接種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有小麥A、B和D基因組上3個(gè)MLO基因拷貝同時(shí)突變的純合突變體tamlo-aabbdd表現(xiàn)出對(duì)白粉菌極為顯著的廣譜抗性。該結(jié)果表明小麥MLO基因的3個(gè)拷貝在功能上存在冗余，這也可能是到目前為止在自然條件下或利用傳統(tǒng)育種手段而沒(méi)有獲得小麥mlo抗病材料的主要原因。此外，該研究還利用基因組編輯技術(shù)在小麥里實(shí)現(xiàn)了基因的定點(diǎn)插入，插入的片段可以穩(wěn)定遺傳，這可用于創(chuàng)制不能由簡(jiǎn)單基因敲除而產(chǎn)生的優(yōu)良遺傳特性。

　　該研究第一次在一個(gè)多倍體物種中證明可以對(duì)多個(gè)部分同源的基因同時(shí)并準(zhǔn)確地進(jìn)行編輯，同時(shí)展示了通過(guò)基因組編輯可以實(shí)現(xiàn)不同物種的育種信息資源共享。此外，創(chuàng)制的小麥MLO突變體具有持久、廣譜抗白粉病的優(yōu)點(diǎn)，也將為小麥白粉病的抗病育種提供重要的起始材料。該工作為小麥基因功能的研究以及育種新材料或品種的創(chuàng)制提供了一個(gè)全新的思路和技術(shù)路線(xiàn)。研究結(jié)果于7月20日在線(xiàn)發(fā)表在生物技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威期刊《自然-生物技術(shù)》雜志上。該研究還得到了中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(B類(lèi))、科技部以及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。