小麦是最重要的主粮作物之一，为全世界超过三分之一的人口提供能量来源。小麦白粉病，是由真菌引起的一种世界范围内危害小麦生产的重要病害，重病田减产可达40%以上。
北京时间2022年2月10日，国际权威学术期刊《自然》发表了中国科学院高彩霞团队、邱金龙团队和肖军团队合作的一项科研成果。他们阐明了小麦新型mlo突变体既抗白粉病又高产的分子机制，并通过多重基因组编辑，使主栽小麦品种快速获得广谱抗白粉病的优异性状。这一工作是利用感病基因进行植物抗病育种研究的重要理论和技术突破。
植物病害每年造成全球作物减产可达30%，严重威胁全球粮食安全。目前伴随着全球气候变化、耕作制度改变以及种植品种单一化等多种因素的叠加，植物病害更加频繁地发生。病原菌的成功侵染需要利用植物感病基因，感病基因的突变通常能够赋予植物广谱持久的抗病性。然而，感病基因突变给植物生长发育带来多种负面效应，这反映了病原菌的狡猾，也因此极大地限制了感病基因在植物抗病育种中的应用。多年来，科学家们一直在苦苦寻找打开这一重要抗性遗传资源宝库的金钥匙。
中科院遗传发育所高彩霞团队和微生物所邱金龙团队一直致力于主粮作物抗病生物技术育种的研究，早在2014年，两个团队就合作利用基因组编辑技术定向突变小麦的感病基因mlo，获得了对白粉病具有广谱持久抗性的材料。然而，正如在其他多种植物观察到的一样，研究人员发现小麦mlo突变体表现出白粉病抗性的同时，也出现了早衰、植株变矮、产量下降等负面表型。
鱼与熊掌如何兼得？幸运的是，他们在大量的基因组编辑小麦突变体中筛选获得了一个新型mlo突变体。该突变体表现出对白粉菌完全的抗性，同时生长发育和产量正常。又经过8年的通力合作，研究人员最终解析了该突变体表型形成的分子机。
为了将研究成果应用于抗病育种，研究人员一方面利用传统育种方法将该突变体与我国小麦主栽品种进行杂交，并通过几代回交将抗病优良性状引入主栽品种中。更为重要的是，利用多重基因组编辑技术，可以直接在小麦主栽品种中创制相应的基因突变，仅2-3个月就成功实现多个小麦主栽品种获得广谱白粉病抗性，且生长和产量均不受影响。相比传统育种方法，基因组编辑育种极大缩短了育种进程。
此项研究是小麦抗白粉病育种的重要进展，同时也充分展现出基因组编辑在现代农业生产中巨大的应用前景。该研究提出的理论为作物抗病育种研究提供了新的视角，也为培育抗病高产作物品种提供了新的思路和技术路线。作者：黄海华
