地球上的植物依靠光合作用将太阳的能量转换成支持生长所需的代谢能量，此过程主要发生在细胞内的叶绿体中。光系统I是一个复杂的多蛋白结构，负责捕捉光子并启动电子的传递链，而PsaL蛋白则是这个系统的一部分，参与到光合作用的过程中。然而，关于OsPsaL在水稻生长发育及抗病机制中的具体作用仍然有待探究。水稻是我国主要的粮食作物之一，但在栽培过程中经常遭遇多种病毒病的困扰。特别是南方水稻黑条矮缩病毒病（SRBSDV）及其传播媒介白背飞虱，由于其广泛的破坏性和严重的经济影响，已经被农业部门认定为主要的农业害虫之一。病毒通常会利用少量的蛋白质来操控寄主的生物过程以支持自身的复制周期。因此，了解这些病毒如何与宿主相互作用，并找出关键的宿主基因，有助于开发抗病水稻品种。
近日，宁波大学植物病毒学研究所陈剑平院士和孙宗涛研究员团队在植物科学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》上在线发表了题为“Editing of OsPsaL gene improves both yield and antiviral immunity in rice”的研究论文。该研究筛选到一个感病基因OsPsaL，利用基因编辑敲除OsPsaL后，获得的ospsal-ko突变体不仅对南方水稻黑条矮缩病毒病SRBSDV和水稻条纹病毒RSV表现出广谱抗性，还显著提高了水稻的产量。
先前的研究表明，OsPsaL是光系统I的一个组成部分，它能够与病毒蛋白相互作用。进一步的实验显示，在SRBSDV感染后，OsPsaL的表达水平明显减少，这暗示它在病毒感染中可能起到一定作用。通过对OsPsaL过表达（OsPsaL-ox）和OsPsaL敲除（ospsal-ko）水稻的研究发现，尽管OsPsaL-ox植株的种子更大，千粒重更高，但由于分蘖较少，最终单株产量并不高；而ospsal-ko突变体的种子大小和千粒重无显著变化，但分蘖数量和穗的数量增加，从而提高了单株产量。人工接种SRBSDV和RSV后，ospsal-ko突变体表现出了对这两种病毒的高度抵抗力，病毒的RNA和蛋白质水平在这些突变体中显著降低。转录组分析显示，在ospsal-ko中，与茉莉酸信号传导相关的基因表达上调，同时植株内的茉莉酸含量也有所增加。
总结来说，本研究通过CRISPR/Cas9技术编辑了OsPsaL基因，得到了光合作用效率增强且产量增高的ospsal-ko突变体水稻。此外，ospsal-ko突变体通过激活茉莉酸信号路径增强了对SRBSDV和RSV的抗性。这些通过基因编辑技术得到的ospsal-ko突变体水稻为未来优质种质资源的开发及抗病品种的培育提供了新的可能性。
宁波大学和沈阳农业大学联合培养的博士生张瑞芳为该论文第一作者，宁波大学植物病毒学研究所陈剑平院士和孙宗涛研究员为该论文通讯作者。宁波大学张合红副研究员，李路路副研究员和李雁军副研究员提供了重要帮助。该项研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和宁波市重大研发计划等项目的资助。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14473
