利用CRISPR-Cas9技術敲除番茄中DMR6直系同源物使其獲得廣譜抗病性

2021年7月，加州大學創新基因組學研究所Brian Staskawicz 課題組通過CRISPR-Cas9技術敲除番茄中感病基因DMR6直系同源基因SIDMR6-1，使其獲得廣譜抗病性。相關研究結果發表在期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。

DMR6編碼了一個2-氧代戊二酸Fe（II）依賴性加氧酶（2OGO），在病原菌感染期間上調表達。DMR6及其同源類似物DMR6-Like Oxygenase1（DLO1）是植物免疫的抑制因子，在病原體感染期間會共表達。番茄中有2個AtDMR6直系同源基因：SlDMR6-1（Solyc03g080190.3）和SlDMR6-2（Solyc06g073080.4）；其中只有SlDMR6-1響應病原菌侵染，設計2個sgRNA分別靶向SlDMR6-1的外顯子2和外顯子3。利用農桿菌介導轉化方法的獲得了61株T0材料，其中有5株（8.2%）純和突變體。對這些突變體的抗病能力進行檢測發現，SlDMR6-1突變體對3種進化上不同的病原體的抗性均有顯著增強；同時，在突變體中觀察到抗性增強與SA水平升高相關，表明抗病性可能與SA介導的免疫反應的激活有關。為了分析響應病原體感染的SlDMR6-1在植物免疫中起的作用，對3種不同基因型的番茄葉片進行轉錄組分析，結果表明與野生型相比，突變體中有大量的基因發生了差異表達。對這些差異基因進行GO富集發現，上調的DEG在與植物免疫相關的生物過程中富集，例如，SA反應和先天免疫反應，表明即使在沒有病原體的侵染下植物防御也被激活；同時還有大量與發育相關的代謝途徑受到抑制，但這些植物并沒有表現出任何生長發育受阻現象。為了研究SlDMR6-1和SlDMR6-2的酶學特性，將這2個基因克隆到pET28a載體中。將純化后的蛋白質用于酶活測定，產物通過HPLC進行分析。在測試條件下，SA在AtDMR6存在下轉化為2,5-DHBA，而當用柚皮素作為底物時，不會形成其他化合物。綜上所述，S基因DMR6可促進卵菌和細菌病原體感染植物體，在各種經濟作物如番茄、可可和木薯等中保守存在。在番茄中僅SlDMR6-1可能在免疫反應中發揮作用。SlDMR6-1突變體具有廣譜抗病表型，在突變體中抗性的獲得與SA介導的激活相關。