现场病原组学与进化保守性揭示可被CRISPR靶向的冬小麦条锈易感基因以抵御麦瘟

为何一种小麦病会关系到你的餐桌

小麦是数十亿人重要的主食，而一种快速蔓延的病害——小麦麦瘟，能在数周内毁掉整片田地。近年来，这种真菌病已跨洲传播，威胁南美、亚洲和非洲的收成。本文总结的研究提出了一个关键问题：与其不断追逐新的抗性品种并喷洒更多杀菌剂，是否能直接改造小麦本身，让真菌不再容易入侵？

当真菌把小麦田变成灾区

小麦麦瘟由一种称为 Magnaporthe oryzae Triticum 分型（MoT）的真菌引起。它于20世纪80年代在巴西首次出现，随后在南美多次引发作物歉收。2016年它席卷孟加拉国，几乎摧毁了当地所有栽培的小麦品种，类似菌株现已在非洲以及欧洲和美国的试验植株中被检测到。在温暖潮湿的条件下，小麦麦瘟能在收获前迅速毁灭大部分作物。由于小麦是许多国家主要的热量来源，这类疫情不仅是农场问题，更是对粮食安全的直接威胁。

为何传统防御频频失效

农民和育种者对付麦瘟主要依靠两种手段：杀菌剂和育入作物的抗病基因。但两者都有重大弱点。因为真菌能迅速侵染小麦穗，杀菌剂常常来得太迟；抗病基因通常是“位点特异”的——只阻断病原体的某些变体。真菌可以通过突变其用来感染植物的关键分子来逃避这些防御。已知的若干麦瘟抗性基因在某些生长阶段有效、在较高温度下失效，或随着真菌进化而丧失效力。这场军备竞赛迫使育种者不断寻找新的抗性基因，其速度跟不上病害的快速传播。

转变思路：让小麦成为不良宿主

本研究的研究者采用了不同的策略。他们不把注意力放在植物的防御基因上，而是关注“易感”基因——正常的小麦基因被真菌劫持以建立感染。如果这些基因被关闭或改变，病原体就会失去重要的立足点。为寻找这样的薄弱环节，研究团队分析了2016年孟加拉国麦瘟疫情期间从受感染田间采集的小麦叶片中的RNA——这些化学信号显示哪些基因处于活跃状态。通过比较不同地点和品种中受感染与健康植株的样本，他们鉴定出273个在真实田间感染时一致上调的小麦基因。许多基因与防御和胁迫反应相关，但研究团队更关注那些实际上有利于真菌的基因。

锁定三个关键薄弱环节

为缩小候选名单，科学家将小麦基因与水稻中的对应基因进行了比较，水稻的麦瘟相互作用研究更为深入。这一进化比较突出了三个位于小麦中、已知使植物对其他病害敏感的基因：一个与水稻的细菌斑病有关，另两个与小麦的白粉病和条锈病有关。三者在田间感染时均与真菌基因呈协调表达，提示宿主与病原体之间存在紧密相互作用。随后团队在温室中对这些候选基因进行了测试，用易感品种和携带已知抗性基因的抗性品种感染小麦穗。只有一个名为 TaMLO1-5A 的基因在易感植株感染后明显上调，而在抗性植株中则没有，这使它成为麦瘟易感性的主要嫌疑基因。

通过编辑基因实现持久防护

由于 TaMLO1-5A 的同源基因已被成功用 CRISPR 基因编辑改造，从而为小麦和大麦提供了对白粉病的持久抗性，作者认为在小麦中禁用该基因也可能提供对麦瘟的持久、广谱防护。不同于真菌可绕开的传统抗性基因，移除一个易感基因是去掉病原体依赖的某个要素，使其适应的门槛提高。该研究并不声称已经获得可直接推广的抗病小麦品种，但它提供了一条清晰的路线图：利用田间数据、进化比较与精确的基因编辑，把作物从易感目标转变为不良宿主。在一个气候变暖、真菌病害向新地区扩散的世界里，此类策略有望多年保障小麦收成——以及依赖小麦的面包、面条和馕饼等主食。

引用: Khayer, A., Ye, P., Eti, F.S. et al. Field pathogenomics and evolutionary conservation unveil CRISPR-targetable susceptibility genes for wheat blast resistance. Sci Rep 16, 5677 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36547-6

关键词: 小麦麦瘟, 植物病害抗性, CRISPR, 易感基因, 粮食安全