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在东非，香蕉种植深受香蕉细菌性枯萎病（BXW）困扰。研究人员针对此，开展敲除香蕉 MusaPUB22/23 基因的研究。结果显示，编辑后的植株对 BXW 抗性增强且生长正常。该研究为香蕉抗病育种提供新策略，助力农业发展。
在广袤的东非大地上，香蕉作为重要的农作物，一直是当地人们生活中不可或缺的一部分。然而，一种名为香蕉细菌性枯萎病（Banana Xanthomonas wilt，BXW）的 “恶魔”，正悄然威胁着香蕉的生长。这种由 Xanthomonas vasicola pv. musacearum（Xvm）引起的病害，让香蕉种植业遭受重创，农民们苦不堪言。传统的育种方法，因香蕉品种的不育性、遗传多样性低和生长周期长等问题，在对抗 BXW 时显得力不从心。为了拯救香蕉产业，来自国际热带农业研究所（International Institute of Tropical Agriculture，IITA）的研究人员挺身而出，展开了一场与病魔的较量。
他们将目光聚焦在 MusaPUB22 和 MusaPUB23 这两个基因上。通过一系列实验，研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术，成功在易感染 BXW 的香蕉品种‘Sukali Ndiizi’中敲除了 MusaPUB22/23 基因。令人惊喜的是，编辑后的植株不仅对 BXW 的抗性显著增强，而且大部分植株的生长并未受到影响。这一研究成果发表在《Communications Biology》上，为香蕉抗病研究开辟了新的道路。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是基因编辑技术 CRISPR/Cas9，它就像是一把精准的 “基因剪刀”，能够准确地对目标基因进行编辑；其次是实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）技术，用于检测基因的表达水平，帮助研究人员了解基因在不同条件下的变化情况；此外，还有组织化学染色技术，通过对植株进行染色，直观地观察到相关物质的变化，为研究提供了重要的依据。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 基因目标鉴定：通过对易感品种‘Pisang Awak’和抗性野生型祖本‘Musa balbisiana’的比较转录组分析，发现 MusaPUB22/23 基因在易感品种中上调，表明其可能在疾病发展中起重要作用。
- 系统发育分析：对 Musa E3 泛素连接酶与其他植物物种的同源基因进行系统发育分析，发现 MusaPUB22 和 MusaPUB23 基因属于 E3 泛素连接酶家族的第七组，进一步明确了它们的功能和进化关系。
- gRNA 设计和 CRISPR/Cas9 质粒构建：设计了针对 MusaPUB22 和 MusaPUB23 基因 U-box 区域的 gRNA，并构建了 CRISPR/Cas9 质粒，为后续的基因编辑实验奠定了基础。
- 转基因事件的产生：利用农杆菌介导的转化方法，将 T-DNA 导入‘Sukali Ndiizi’的胚性细胞悬浮液中，成功获得了 53 个转基因事件。
- 转基因植物编辑的检测：对 12 个独立事件进行分析，发现所有事件中至少有一个基因的等位基因发生了突变，突变类型包括缺失、插入和替换。
- pub22/23 编辑事件的植物生长评估：评估了 12 个编辑事件的生长参数，发现大多数编辑事件的植株生长正常，只有少数事件出现了生长异常。
- pub22/23 编辑事件的抗病性评估：对编辑事件进行抗病性评估，结果显示部分编辑事件对 Xvm 表现出完全抗性或部分抗性，而野生型对照则表现出高度易感。
- 活性氧爆发研究：通过 DAB 染色发现，具有增强 BXW 抗性的编辑事件在感染 Xvm 后，叶片中积累了更多的过氧化氢（H2O2），表明活性氧爆发与抗病性有关。
- Xvm 感染后 pub22/23 编辑事件中防御相关基因激活的评估：检测了关键防御信号基因的表达，发现编辑事件中这些基因的表达水平显著高于野生型对照，表明 MusaPUB22/23 基因的突变激活了防御信号通路。
研究结论表明，MusaPUB22 和 MusaPUB23 基因是香蕉对 BXW 易感的关键基因，敲除这些基因可以增强香蕉对 BXW 的抗性，且不影响植株生长。这一发现不仅加深了我们对植物免疫机制的理解，还为香蕉抗病育种提供了新的策略。未来，研究人员可以进一步探索这些编辑事件的稳定性和长期抗病性，同时测试编辑后的香蕉植株对其他病害的抗性，为农业可持续发展提供更多的可能性。
