國際頂級學術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了一項來自中國科學院微生物研究所邱金龍研究員團隊與合作者的重要研究成果。該研究創(chuàng)新性地將兩種前沿的“基因剪刀”——CRISPR-Cas9系統(tǒng)與胞嘧啶單堿基編輯器（CBE）相結(jié)合，成功實現(xiàn)了對小麥抗病與產(chǎn)量關(guān)鍵基因的精準、多重編輯，為培育兼具廣譜抗病性與高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性的小麥新品種開辟了革命性路徑。這項成果不僅是植物基因編輯育種領(lǐng)域的重大進展，也為保障全球糧食安全提供了強有力的科技支撐。

雙重“基因剪刀”協(xié)同發(fā)力，破解育種難題

傳統(tǒng)育種技術(shù)通常難以在短時間內(nèi)將多個優(yōu)良性狀（如抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)）聚合到同一個品種中，過程漫長且效率有限。基因編輯技術(shù)，特別是CRISPR-Cas9，因其能夠精準靶向并修改特定DNA序列，被譽為“基因剪刀”，為精準育種帶來了曙光。單一使用Cas9進行基因敲除，有時難以實現(xiàn)復(fù)雜性狀的精準調(diào)控。

邱金龍團隊與合作者的創(chuàng)新之處在于，他們將CRISPR-Cas9系統(tǒng)與另一種“精細剪刀”——胞嘧啶單堿基編輯器（CBE）聯(lián)用。Cas9負責“剪切”掉不利的基因（如某些感病基因），而CBE則能像“文字校對員”一樣，在不切斷DNA雙鏈的情況下，將特定位置的堿基（如C·G堿基對）精確地轉(zhuǎn)換為T·A堿基對，從而實現(xiàn)對基因功能的精細微調(diào)，例如優(yōu)化某些與產(chǎn)量和抗逆性相關(guān)的基因的表達水平。這種“組合拳”策略，使得研究人員能夠同時對小麥基因組中多個不同位點進行“敲除”與“精細編輯”，協(xié)同改良多個農(nóng)藝性狀。

靶向關(guān)鍵基因，實現(xiàn)抗病與高產(chǎn)雙贏

該研究精準定位了小麥中與白粉病抗性和生長發(fā)育相關(guān)的關(guān)鍵基因。白粉病是嚴重危害全球小麥生產(chǎn)的真菌病害，可導(dǎo)致顯著減產(chǎn)。研究人員利用雙重編輯策略：

1. 敲除感病基因：利用CRISPR-Cas9成功敲除了小麥中的感病基因，顯著增強了小麥對白粉病的廣譜抗性，使得編輯后的小麥植株在病害侵襲下仍能保持健康生長。
2. 編輯產(chǎn)量相關(guān)基因：利用單堿基編輯器對控制小麥株型、穗粒數(shù)等產(chǎn)量性狀的關(guān)鍵基因進行了精準的堿基替換。這種編輯并未完全破壞基因功能，而是對其進行了“優(yōu)化升級”，從而在提高抗病性的避免了通常因抗病性增強而可能伴隨的產(chǎn)量損失，甚至實現(xiàn)了產(chǎn)量的協(xié)同提升。

田間試驗結(jié)果表明，獲得的雙重編輯小麥株系表現(xiàn)出優(yōu)異的白粉病抗性，同時其農(nóng)藝性狀，如分蘗數(shù)、穗粒數(shù)等，相較于原始品種得到了顯著改善，真正實現(xiàn)了“抗病不減產(chǎn)，抗病又增產(chǎn)”的育種目標。

推動自然科學研究和試驗發(fā)展，意義深遠

此項研究是“自然科學研究和試驗發(fā)展”領(lǐng)域的典范，它不僅是基礎(chǔ)研究上的重大創(chuàng)新，更打通了從實驗室發(fā)現(xiàn)到田間應(yīng)用的快速通道，展現(xiàn)了面向國家重大需求的前沿基礎(chǔ)研究的巨大價值。

其重要意義體現(xiàn)在：

• 技術(shù)引領(lǐng)：建立了適用于小麥等復(fù)雜多倍體作物的多重、多類型基因編輯系統(tǒng)平臺，為其他重要農(nóng)作物的精準設(shè)計育種提供了可借鑒的強大工具箱。
• 育種范式革新：將基因編輯從單一的“基因敲除”推向“精準編輯與敲除相結(jié)合”的新階段，極大地拓展了作物性狀改良的維度和精度，加速了育種進程。
• 保障糧食安全：在全球氣候變化導(dǎo)致病害頻發(fā)、耕地資源緊張的背景下，該技術(shù)為快速培育抗逆高產(chǎn)作物新品種提供了核心解決方案，對保障我國及世界糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

邱金龍團隊與合作者的這項工作，標志著我國在作物基因編輯育種領(lǐng)域已處于國際領(lǐng)先地位。隨著該技術(shù)的不斷優(yōu)化與應(yīng)用范圍的擴大，我們有理由期待更多突破性作物品種的出現(xiàn)，為端牢“中國飯碗”和應(yīng)對全球糧食挑戰(zhàn)貢獻堅實的科技力量。