CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of tobacco DMR6 homeologs reduces seedling susceptibility to Phytophthora nicotianae race 0
本研究表明，通过 CRISPR/Cas9 技术介导的烟草易感基因 NtDMR6T 和 NtDMR6S 的功能缺失，能够通过调节防御相关通路来降低幼苗对黑胫病菌（Phytophthora nicotianae）0 族株的易感性，尽管仍需进一步的农艺学验证，但这为培育抗黑胫病品种提供了一种极具前景的策略。
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想象一个植物拥有自身免疫系统的世界，但有时，那些旨在帮助它们生长的基因本身反而成了疾病潜入的“后门”。这就是被称为植物病理学的迷人科学领域，特别是关于“感病基因”的研究。把植物想象成一座堡垒。通常，我们认为防御是抵御入侵者的围墙和卫兵（抗性基因）；但感病基因更像是敌人用来进入内部的隐藏陷阱门或未锁好的窗户。如果你能找到一种方法，在不破坏堡垒的前提下锁上这些特定的窗户，植物就会变得更难被攻击。这意义重大，因为我们食用的许多作物，如烟草、马铃薯和番茄，都在不断与土壤传播的真菌和卵菌（一种类似水霉的生物）进行战斗，这些病原体可能会摧毁整个农田。目标不仅仅是让植物变得更强壮，而是通过移除敌人利用的弱点让它们变得更聪明，从而有可能创造出无需持续化学辅助就能抵抗疾病的作物。
现在，让我们把目光转向烟草田里发生的一场特定战斗。烟草目前正受到一种名为“烟草疫霉”（Phytophthora nicotianae）的恶毒病原体的围攻，这种病原体会导致一种被称为“黑胫病”的疾病。它从根部开始，使茎部变黑，并可能杀死植物。长期以来，农民一直试图用“抗性基因”来对抗它，但这种病原体非常狡猾；它进化极快，会改变自己的“制服”，使得旧的防御机制无法识别它。这项由烟草研究中心和瓦赫宁根大学的研究人员领导的研究，决定尝试一种不同的策略：他们不是建造一面新墙，而是决定锁上那扇陷阱门。他们专注于一个名为 DMR6 的特定基因，该基因是一个感病基因。简单来说，DMR6 就像是一个负责分解植物天然防御化学物质（水杨酸）的经理。如果这个经理工作得太努力，植物的防御就会变弱。如果“解雇”这个经理（或者破坏这个基因），防御就会保持强劲。
研究人员使用了名为 CRISPR/Cas9 的高科技工具，它就像分子剪刀，用来剪断并禁用烟草中的 DMR6 基因。由于烟草是一种“双倍体”植物（它拥有来自不同祖先的两套染色体），他们发现了这个基因的两个版本，并将它们命名为 NtDMR6T 和 NtDMR6S。他们培育了三种类型的突变植物：一种破坏了“T”基因，一种破坏了“S”基因，以及一种两者都破坏了。当他们针对黑胫病对这些植物进行测试时，结果非常明确。带有破坏基因的植物比正常植物患病程度轻得多。那个“双突变体”（两个基因都被破坏了）是最强韧的，显示出最低的疾病评分。这就像是他们锁上了两扇陷阱门，使得病原体极难进入。
但问题在于，当你破坏一个基因时，植物会停止生长或看起来很奇怪吗？研究人员担心这种“多效性效应”，即修复一个问题却产生了另一个问题。他们在温室中甚至在中国济南的实际田间试验中培育了这些突变植物。他们测量了一切：植物长得有多高、有多少叶子以及这些叶子的尺寸。令人惊讶的是，突变植物看起来和正常植物一样健康且高大。事实上，其中一个突变系甚至稍微高一些！这表明，至少在短期内，锁定 DMR6 陷阱门并没有破坏植物的生长引擎。
为了理解为什么这些突变体如此强韧，科学家们查看了植物的“说明书”（其 RNA），以观察哪些基因正在被开启或关闭。他们发现，当 DMR6 基因被破坏时，植物开始加速运转它们的防御引擎。与发送警报信号、产生保护性化学物质以及对抗入侵者相关的基因都在超负荷工作。这就像是植物意识到陷阱门消失了，立即开始更积极地巡逻围墙。然而，作者谨慎地指出，虽然他们看到了这些防御基因在更多地“交流”，但他们在本项研究中并未直接测量实际的化学物质或病原体在植物体内的生长情况。因此，虽然证据强烈表明防御系统是活跃的，但他们将其称为“下游反应”，而非每一步骤的最终证明。
论文得出结论，编辑这两个 DMR6 基因是培育抗黑胫病烟草的一种有前景的策略。它提供了一种比传统方法更持久的对抗疾病的方法，因为植物不仅仅是在等待特定的敌人出现，而是变得整体上更难被感染。然而，研究人员并未宣布取得彻底胜利。他们指出，他们只测试了一种类型的病原体和一种特定品种的烟草。他们也没有测量用于卷烟的烟叶最终质量（如口感或气味），这对于农民来说至关重要。他们建议，虽然这是一个伟大的开端，但仍需进行更多测试，跨越不同的田间环境和不同的病原体菌株，以确保这种“锁定陷阱门”的策略在各地都能奏效，并且不会意外破坏作物的品质。这是一个充满希望的步骤，但通往完美的、具有抗病性烟草的旅程仍在继续。
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