水稻黃斑病病毒（簡稱：RYMV）是非洲農作物損失慘重的罪魁禍首，尤其是對小規模農戶而言。杜塞爾多夫海因里希-海涅大學（Heinrich Heine University Düsseldorf，HHU）和法國國家永續發展研究所（French National Research Institute for Sustainable Development，IRD）的一個研究小組透過基因組編輯技術培育出了能夠抵抗這種疾病的水稻品種。

接種三到四周後的各種水稻植株，包括對照植株和突變體。圖片來源：IRD / Laurence Albar

該團隊在《植物生物技術雜誌》上介紹了這些水稻品種的開發情況，這是為非洲小規模糧食生產者培育抗病的適應當地的優良品種邁出的第一步。

RYMV 是一種RNA 病毒，透過甲蟲和葉與葉的直接接觸傳播。在非洲，大多數生產者耕種的土地面積不足一公頃，這種病毒經常導致百分之十到百分之一百的水稻收成損失。因此，對於最貧窮區域的農民來說，這是一個危及生命的問題。

「對這種病毒目前沒有有效的保護措施。」該研究的主要作者尤甘德-阿拉博士（Dr. Yugander Arra）說：”唯一真正的保護措施是培育出具有抗RYMV 基因的水稻品種，這樣植物就不會受到感染。”

來自哈佛大學分子生理學研究所（由Wolf B. Frommer 博士教授領導）和法國蒙彼利埃發展研究所（IRD）的研究團隊已經培育了這種抗性水稻品系。

目前已知的抗性基因有三個；其中一個基因（稱為RYMV1、2 和3）發生突變就足以產生抗性。抗性基因rymv2 出現在產量較低的非洲水稻（Oryza glaberrima）品種中。RYMV2 又稱為CPR5.1，編碼一種來自細胞核孔的重要蛋白質。在模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）中，CPR5 唯一基因拷貝的缺失導致其不僅對病毒，而且對細菌和真菌具有廣譜抗性。然而，擬南芥的生長受到嚴重限制，植株出現自發性病變，產量也很低。因此，測試rymv2 的抗性能否轉移到其他水稻品種而不產生負面影響非常重要。

水稻育種的挑戰與解決方案

在非洲，主要使用其他基於亞洲品種Oryza indica（秈稻）的高產量水稻品種，這些品種沒有抗性基因。然而，插入相關基因並不是一種特別有前景的方法，因為這種”種間”雜交後代具有高度不育性，因此不容易繁殖和傳遞抗性基因。

現在，研究團隊利用CRISPR/Cas 基因組編輯方法證明，可以在亞洲水稻品種中產生RYMV2 基因突變，使其對病毒的抗性與非洲水稻類似。下一步的目標是用同樣的方法編輯相關的非洲優良品種，然後提供給非洲的小規模生產者。幫助這些農民是哈佛大學領導的國際研究聯盟”健康作物”的目標。

植物的遺傳機制在演化早期對生存是有益的，但現在卻更有可能有害。玉米就是一個很好的例子： 受精時乾旱，一個基因會導致玉米粒流產。該基因導致的這一性狀對今天玉米植物的野生多年生祖先來說是好的，但對現在農業上使用的一年生植物的產量卻有不利影響。

這裡研究的水稻也有類似的情況。弗洛默教授介紹說：「這種抗性性狀可歸因於一種非必要基因功能的喪失。如果我們完全關閉該基因，植物就會表現正常。然而，由於基因功能的缺失，它們對病毒產生了抵抗力”。

健康作物組組長Eliza Loo 博士補充說：”可以說，這是一種原型，對其祖先很有用，但現在卻在乾旱時期導致毀滅性的作物損失。關閉這一基因似乎沒有明顯的副作用。 “

令人驚訝的是，至少在溫室條件下，關閉密切相關的CPR5.2 基因或RYMV2 和CPR5.2 這兩個基因都不會造成損害。值得注意的是，CPR5.2 基因的缺失也不會導致RYMV 的抗性。這一切都表明，編輯RYMV2 基因是在非洲防治水稻病害的可行方法。

編譯來源：ScitechDaily