作物病害导致全球产量损失并威胁粮食安全。稻米是一种主食作物，为世界约一半的人口提供食物。其中水稻白叶枯病（BB）是由水稻白叶枯病菌（Xoo）引起的一种疫病，会导致严重的产量损失，威胁着全球的粮食安全，因此BB抗性成为水稻遗传改良计划最重要的目标。Xoo使用各种毒力策略来定殖寄主植物，将其转录激活因子样效应物(TALEs)激活目标基因的表达，以调节枯萎病易感性状态破坏宿主免疫系统，最终导致产量损失。
近日，国际著名杂志Plant Biotechnology Journal上发表了一篇题为“High-efficiency prime editing enables new strategies for broad-spectrum resistance to bacterial blight of rice”的研究文章，该研究将PE编辑系统进行改进来实现水稻获得BB抗性的两种策略，一是通过将BB易感基因SWEET14的TAL效应结合元件(EBE)敲入功能失调的执行基因Rxa23的启动子中；二是编辑TAL效应依赖性BB敏感性所需的转录因子TFIIA基因TFIIAc5。这是第一次使用PE编辑系统来设计对生物胁迫的抗性，并高效率地在植物中敲入30个核苷酸的顺式调控元件。两种编辑策略在T0代所得到的预期编辑效率都证明了有望使水稻免受不断进化的Xoo的侵害。
策略1:PE编辑有效地将效应结合元件(EBE)插入功能失调的执行子基因Xa23的启动子上，产生优势抗性基因Xa23SW14。
通过将SWEET14的30 bp长的重叠EBE区域引入xa23的启动子中，可以获得广谱BB抗性。在pegRNA中加入EBEs的PE构建体用于农杆菌介导的水稻转化。通过对获得的品系进行深度测序。用含有AvrXa7的菌株PXO86和缺乏AvrXa7的菌株AXO1947注入两个独立的双等位系的叶片，检测编辑后的Xa23的诱导性，并对cDNA进行RT-PCR分析。两个双等位系都显示出PXO86对Xa23SW14的强烈诱导，而AXO1947则没有。当对疾病反应进行评估时，与野生型系相比，这两个品系对PXO86具有高度抗性，对AXO1947敏感。研究结果表明，PE可以通过启动子EBE陷阱策略高效地产生新的依赖tale诱导的R等位基因。（图1）
图1
策略二：PE编辑在T0代有效产生Xa5抗性隐性等位基因
水稻隐性抗性等位基因Xa5仅在一个氨基酸位置(V39E)与显性易感等位基因TFIIAc5不同，从而提供对Xoo的广谱抗性，该研究使用PE5max系统编辑Kitaake以产生该等位基因。PE构建体用于农杆菌介导水稻转化。在总共26条T0细胞系中，有23条显示SmlI裂解，编辑效率为88.5%。在这23个编辑的T0系中，30.7％的编辑株系都是双等位基因编辑。通过使用Illumina配对末端读取对所有双等位基因系的PCR扩增子进行了深度测序进一步确定了所需编辑、意外副产物或指导RNA支架相关碱基变化的发生。结果显示，所有的T0双等位基因系都进行了所需的V39E编辑并未出现副产物编辑。作者通过用含有AvrXa7的Xoo菌株PXO86攻毒若干双等位、野生型和少数单等位品系，结果表明，Xa5等位基因与天然Xa5等位基因一样具有功能性和隐性，该策略和技术可以在不需要常规育种策略的情况下，在水稻优良品种中实现Xa5的工程化。（图2）
该研究中PE编辑产生的等位基因Xa23SW14和Xa5具有遗传性，并提供广谱抗性（图3）。PE5max系统具有很高的靶效率和不可检测的脱靶活性（图4）。两种策略产生的编辑结果遗传性强，能够在后代中保持稳定。该研究利用高效的PE5max系统在高易感水稻Kitaake中产生了两个新的抗性位点，证明了这种高频率的可行性，使用启动编辑进行精确的基因组改变具有产生新的遗传变异或种质的最大潜力，有望用于对改造良水稻品种以提升抗病性。
原文链接:
https://doi.org/10.1111/pbi.14049
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