國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了一項來自中國科學(xué)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(zhǔn)、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(zhǔn)靶向并修改特定DNA序列，被譽為“基因剪刀”，為精準(zhǔn)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(zhǔn)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(zé)“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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)。

推動自然科學(xué)研究和試驗發(fā)展，意義深遠

此項研究是“自然科學(xué)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)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。