开发可抵抗非洲细菌性病害爆发的水稻品种

由杜塞尔多夫海因里希海涅大学(HHU)的WolfB.Frommer教授领导的“健康作物”国际研究联盟正在开发抗病水稻品种。在eLife中，作者现在报告了最近在坦桑尼亚发现的细菌爆发，并描述了他们如何改造非洲水稻品种以使其对病原体具有抗性。

由米黄单胞菌(Xanthomonasoryzaepathovaroryzae，简称Xoo)引起的水稻细菌性枯萎病每年都会给稻农造成毁灭性的作物损失。它首先威胁到亚洲和非洲小农的生计，并导致受影响地区出现营养不良和饥荒。

尽管细菌性枯萎病直到现在才被认为是坦桑尼亚水稻生产的主要威胁，但2019年在坦桑尼亚东部的莫罗戈罗地区发现了田地，部分地区受到该病害的严重破坏。随后的调查进一步表明，病原体目前已经扩散到坦桑尼亚的许多地区。

基于快速传播，这种疾病也很可能会迁移到邻国。为了确定该菌株使用的武器库，对病原体的基因组进行了测序。序列分析表明，这些细菌与非洲的本地种群不同，与亚洲的菌株高度相似。与亚洲菌株相似，但与非洲菌株不同，它们有一个工具可以阻断一种常见的水稻抗性基因，称为iTAL，并且它们拥有一组特定的植物储藏室钥匙。

将由这些细菌开发的一种调节“关键”蛋白注射到水稻细胞中会产生一种名为SWEET11a的糖转运蛋白，从而导致细菌附近的糖分释放，这些糖分可以提供营养，并且需要细菌的繁殖和毒力。

据负责法国国家可持续发展研究所(IRD)研究的小组负责人BorisSzurek博士说：“直到2019年，非洲从未发现来自亚洲的毒株。同样，亚洲也未发现非洲毒株，指出最近从亚洲引入非洲，现在正在造成整个坦桑尼亚的产量损失。”

HHU分子生理学研究所的WolfB.Frommer教授是国际研究联盟“健康作物”的负责人，他解释说，“为了保护非洲水稻生产免受病原菌新出现的威胁，我们使用了新的育种技术交换流行的东非精英品种“Komboka”的锁，这样病原体的钥匙就不能再打开食品储藏室，从而不会引起疾病。编辑后的品系显示出对所有已知的亚洲和非洲Xoo菌株的广谱抗性，包括最近在坦桑尼亚发现的毒株。”

美国哥伦比亚密苏里大学的共同作者BingYang教授补充说：“我们打算帮助非洲科学家进行这些发现，并使用新的育种方法开发适合当地的抗病水稻品种。这些知识也可以用于为那些尚未制定新育种技术法规的国家提供对快速传播菌株具有抗性的品种的常规育种。”

背景：水稻细菌性枯萎病

水稻生产对粮食安全至关重要、区域发展和减贫目前，全球约有9亿低收入家庭的生产者或消费者依赖稻米生产。大米是全球超过40亿人最重要的主食。

细菌性枯萎病是一种毁灭性的水稻病害，尤其威胁到非洲和亚洲小规模、低收入粮食生产者的生计。例如在印度，每年有近10%的收成因这种疾病而损失——尽管采取了有效的保护措施。开发的新水稻品系可以防止这些产量损失，从而为数百万人提供大米，否则他们将面临饥荒的风险。

该病由米黄单胞菌(Xanthomonasoryzaepathovaroryzae，简称Xoo)细菌引起。在感染期间，Xoo将一系列称为TAL效应子的蛋白质引入植物细胞，这些蛋白质与宿主基因组结合并激活植物基因的表达，从而促进来自“SWEET”家族的蔗糖转运蛋白的产生。

一旦SWEET整合到质膜中，细胞就会分泌大量糖，然后Xoo细菌就会以此为食。这反过来又导致叶子枯萎和干燥，最终导致水稻植物死亡。

“健康作物”项目

杀虫剂经常被用来对抗Xoo，但它们的效果有限，而且它们使人们面临风险。“健康作物”非营利性国际研究项目正在采取不同的方法，目的是培育和提供对该病具有抗性的水稻品系。预计这将显着提高非洲和亚洲小规模粮食生产者的产量。

该项目是一个国际联合体，成员来自HHU、美国佛罗里达大学和密苏里大学、哥伦比亚国际热带农业中心(CIAT)、法国国家可持续发展研究所(IRD)、国际水稻研究所菲律宾和肯尼亚的研究所(IRRI)，以及印度农业研究委员会(ICAR)的两个研究所。该项目由HHU的WolfB.Frommer教授领导;MarcelBuchholzer博士负责协调杜塞尔多夫的项目。

为实现其目标，该联盟制定了一项抗击细菌性枯萎病的战略。该团队已经成功培育出抗病水稻品系。此外还开发了一个诊断工具箱，以实现对新出现的致病菌菌株的快速诊断。