Laut einer neuen, in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie haben Forscher der University of California, Davis, und ein internationales Wissenschaftlerteam das Genom-Editierungstool CRISPR-Cas verwendet, um krankheitsresistente Reispflanzen zu erzeugen Natur 14. Juni.
Kleinere Feldversuche in China zeigten, dass die neu geschaffene Reissorte, die durch Genombearbeitung eines kürzlich entdeckten Gens entwickelt wurde, sowohl hohe Erträge als auch Resistenz gegen den Pilz aufwies, der eine schwere Krankheit namens Reisbrand verursacht. Reis ist eine lebenswichtige Nutzpflanze, die die Hälfte der Weltbevölkerung ernährt.
Guotian Li, einer der Hauptautoren der Studie, entdeckte zunächst während seiner Arbeit als Postdoktorand im Labor von Pamela Ronald an der UC Davis einen Mutanten, der als Läsion-Mimic-Mutant bekannt ist. Ronald ist Co-Hauptautor und angesehener Professor in der Abteilung für Pflanzenpathologie und dem Genome Center.
„Es ist ein ziemlicher Fortschritt, dass es seinem Team gelungen ist, dieses Gen zu verbessern und es potenziell für Landwirte nützlich zu machen. Das macht es wichtig“, sagte Ronald.
Die Wurzeln der Entdeckung liegen in Ronalds Labor, wo sie 3.200 verschiedene Reissorten erzeugten und sequenzierten, von denen jede verschiedene Mutationen aufwies. Unter diesen Stämmen identifizierte Guotian eine mit dunklen Flecken auf den Blättern.
„Er fand heraus, dass der Stamm auch resistent gegen bakterielle Infektionen war, aber er war extrem klein und ertragsarm“, sagte Ronald. „Solche Arten von ‚Läsionen-Mimik‘-Mutanten wurden schon früher gefunden, aber nur in wenigen Fällen waren sie aufgrund des geringen Ertrags für Landwirte von Nutzen.“
Arbeiten mit CRISPR
Guotian setzte die Forschung fort, als er an die Huazhong Agricultural University in Wuhan, China, wechselte.
Er isolierte mit CRISPR-Cas9 das Gen, das mit der Mutation zusammenhängt, und rekonstruierte dieses Resistenzmerkmal mithilfe von Genomeditierung. Schließlich identifizierte er eine Linie mit gutem Ertrag und Resistenz gegen drei verschiedene Krankheitserreger, darunter den Pilz, der Reisbrand verursacht.
In kleinen Feldversuchen, die auf krankheitsreichen Parzellen gepflanzt wurden, brachten die neuen Reispflanzen fünfmal mehr Ertrag als der Kontrollreis, der durch den Pilz geschädigt wurde, sagte Ronald.
„Blast ist die schwerste Pflanzenkrankheit der Welt, weil sie praktisch alle Reisanbauregionen befällt und auch, weil Reis eine riesige Nutzpflanze ist“, sagte Ronald.
Zukünftige Anwendungen
Die Forscher hoffen, diese Mutation in häufig angebauten Reissorten nachzubilden. Derzeit haben sie dieses Gen nur in einer Modellsorte namens Kitaake optimiert, die nicht weit verbreitet ist. Sie hoffen auch, das gleiche Gen im Weizen gezielt einsetzen zu können, um krankheitsresistenten Weizen zu erzeugen.
„Viele dieser läsionsähnlichen Mutanten wurden entdeckt und irgendwie beiseite gelegt, weil sie einen geringen Ertrag haben. Wir hoffen, dass sich die Leute einige davon ansehen und sehen können, ob sie sie bearbeiten können, um ein gutes Gleichgewicht zwischen Resistenz und Resistenz zu erreichen.“ hohe Rendite“, sagte Ronald.
Mehr Informationen:
Gan Sha et al., Genombearbeitung einer Reis-CDP-DAG-Synthase verleiht Multipathogenresistenz, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06205-2