基因剪刀双重奏 中科院微生物所邱金龙团队引领小麦抗病高产育种新突破

国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了一项来自中国科学院微生物研究所邱金龙研究员团队与合作者的重要研究成果。该研究创新性地将两种前沿的“基因剪刀”——CRISPR-Cas9系统与胞嘧啶单碱基编辑器（CBE）相结合，成功实现了对小麦抗病与产量关键基因的精准、多重编辑，为培育兼具广谱抗病性与高产稳产性的小麦新品种开辟了革命性路径。这项成果不仅是植物基因编辑育种领域的重大进展，也为保障全球粮食安全提供了强有力的科技支撑。

双重“基因剪刀”协同发力，破解育种难题

传统育种技术通常难以在短时间内将多个优良性状（如抗病、高产、优质）聚合到同一个品种中，过程漫长且效率有限。基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9，因其能够精准靶向并修改特定DNA序列，被誉为“基因剪刀”，为精准育种带来了曙光。单一使用Cas9进行基因敲除，有时难以实现复杂性状的精准调控。

邱金龙团队与合作者的创新之处在于，他们将CRISPR-Cas9系统与另一种“精细剪刀”——胞嘧啶单碱基编辑器（CBE）联用。Cas9负责“剪切”掉不利的基因（如某些感病基因），而CBE则能像“文字校对员”一样，在不切断DNA双链的情况下，将特定位置的碱基（如C·G碱基对）精确地转换为T·A碱基对，从而实现对基因功能的精细微调，例如优化某些与产量和抗逆性相关的基因的表达水平。这种“组合拳”策略，使得研究人员能够同时对小麦基因组中多个不同位点进行“敲除”与“精细编辑”，协同改良多个农艺性状。

靶向关键基因，实现抗病与高产双赢

该研究精准定位了小麦中与白粉病抗性和生长发育相关的关键基因。白粉病是严重危害全球小麦生产的真菌病害，可导致显著减产。研究人员利用双重编辑策略：

1. 敲除感病基因：利用CRISPR-Cas9成功敲除了小麦中的感病基因，显著增强了小麦对白粉病的广谱抗性，使得编辑后的小麦植株在病害侵袭下仍能保持健康生长。
2. 编辑产量相关基因：利用单碱基编辑器对控制小麦株型、穗粒数等产量性状的关键基因进行了精准的碱基替换。这种编辑并未完全破坏基因功能，而是对其进行了“优化升级”，从而在提高抗病性的避免了通常因抗病性增强而可能伴随的产量损失，甚至实现了产量的协同提升。

田间试验结果表明，获得的双重编辑小麦株系表现出优异的白粉病抗性，同时其农艺性状，如分蘖数、穗粒数等，相较于原始品种得到了显著改善，真正实现了“抗病不减产，抗病又增产”的育种目标。

推动自然科学研究和试验发展，意义深远

此项研究是“自然科学研究和试验发展”领域的典范，它不仅是基础研究上的重大创新，更打通了从实验室发现到田间应用的快速通道，展现了面向国家重大需求的前沿基础研究的巨大价值。

其重要意义体现在：

• 技术引领：建立了适用于小麦等复杂多倍体作物的多重、多类型基因编辑系统平台，为其他重要农作物的精准设计育种提供了可借鉴的强大工具箱。
• 育种范式革新：将基因编辑从单一的“基因敲除”推向“精准编辑与敲除相结合”的新阶段，极大地拓展了作物性状改良的维度和精度，加速了育种进程。
• 保障粮食安全：在全球气候变化导致病害频发、耕地资源紧张的背景下，该技术为快速培育抗逆高产作物新品种提供了核心解决方案，对保障我国及世界粮食安全与农业可持续发展具有重要战略意义。

邱金龙团队与合作者的这项工作，标志着我国在作物基因编辑育种领域已处于国际领先地位。随着该技术的不断优化与应用范围的扩大，我们有理由期待更多突破性作物品种的出现，为端牢“中国饭碗”和应对全球粮食挑战贡献坚实的科技力量。