全世界范围内，每年由于病虫草害损失的粮食约占总产量的三分之一。以水稻为例，田间杂草、螟虫、稻飞虱、白叶枯病和稻瘟病等生物逆境严重威胁着水稻的正常生产，当病虫草害严重发生时，会造成水稻的大幅度减产，而且会对稻米的品质产生影响，进而带来严重的经济损失。此外，预计到2050年地球人口将达到90亿，粮食需求将大幅增加，育种者需要更加关注提高产量的性状，这对作物育种技术也提出了更高的要求。

近日，湖北省农业科学院游艾青研究员团队和华中农业大学林拥军教授团队在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal上发表了一篇题为“Development of a multi‐resistance and high‐yield rice variety using multigene transformation and gene editing”的研究论文。在本研究中，作者同时利用多基因转化技术和基因编辑技术对水稻进行遗传改良，在赋予水稻病虫草害抗性的同时，进一步的提高水稻的产量和品质。

目前水稻抗性育种中，一方面：单个或少量抗性基因的导入已经满足不了实际生产需求，往往需要多个抗性性状基因导入作物以适应生产上的应用要求。传统育种方法通过杂交和回交的手段可以聚合多个基因，但是它费时费力，需要大量的人力物力和较大的育种群体，改良作物的周期很长，且有连锁累赘情况发生；另一方面：作物中普遍存在着生长和防御之间的矛盾，如果我们同时过量表达多个抗性基因增加水稻对病虫草害抗性，这在一定程度上打破了作物自身代谢平衡，会引起水稻的农艺性状尤其产量的变化。

因此，本研究一方面利用多基因转化策略一次性导入6个抗性基因解决了水稻病虫草害的问题；另一方面采取利用基因编辑技术适当延长水稻营养生长期的策略，去应对多抗性基因同时过表达对水稻生长带来的抑制并进一步提高水稻的产量和品质。

结果显示：一方面在利用多基因转化技术同时导入了除草剂抗性基因除草剂抗性基因（I.variabilis-EPSPS*），抗褐飞虱基因（OsLecRK1*和Bph14*），抗螟虫基因（Cry1C*），抗白叶枯病基因（Xa23*）以及抗稻瘟病基因（Pi9*）共6个抗性基因后，同时提高了水稻的病虫草害抗性；另一方面利用基因编辑技术对水稻内源开花期相关基因Ehd1进行缺失突变后，合理的延长水稻的营养生长期，并提高了水稻的产量和品质。

本研究通过基因编辑技术调控抽穗期相关基因（Ehd1基因）的表达，来延长水稻的基本营养生长期，从而达到改良多基因转化的抗性水稻的农艺性状（尤其是产量）的目的，获得multi-resistance and high-yield rice（MR&HY Rice）。该材料在提高除草剂和多种病虫害抗性的同时，能有效提高产量。在中花11背景下，MR&HY Rice在田间全生育期不打或少打农药的情况下仍能有效提高水稻产量。该研究通过调整水稻的生育期，成功解决水稻生长和防御之间的矛盾，从而为培育高产且多抗的水稻提供有效的途径。

本研究论文第一完成单位为湖北省农业科学院粮食作物研究所，李昌焱博士为第一作者，湖北省农业科学院水稻首席科学家游艾青研究员，华中农业大学林拥军教授和农科院粮食作物研究所周雷研究员为本文通讯作者。该研究得到国家生物育种重大专项（2023ZD04074），湖北省杰青项目（2024AFA088）以及湖北省重大科技专项（2022ABA001和2021ABA011）资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14434

文章来源：植物生物技术Pbj