大豆作為糧食與經濟作物，在田間生產常受多種病害侵襲，導致其產量損失。microRNA是植物基因表達調控的核心分子，通過介導靶基因沉默及phasiRNA生成，在生長發育與抗病應答中發揮作用。其中，miR2118家族作為保守的phasiRNA觸發器，在單子葉作物中功能已證實，但大豆中生物學功能尚未明確。
近期，中國科學院東北地理與農業生態研究所聯合中國農業科學院等，運用CRISPR/Cas9基因編輯技術，精準靶向突變大豆miR2118a/b基因，成功創制出無轉基因的人工amiR2118a/b純合突變體，系統解析miR2118通過調控phasiRNA生物合成影響大豆抗病性和生長發育的機制。
與野生型大豆相比，amiR2118a/b突變體的pre-amiR2118a/b二級結構發生改變，成熟miR2118a/b表達水平下調，下游介導的phasiRNAs生物合成受到抑制。無論正常條件還是接種細菌性斑點病菌后，amiR2118a/b突變體內與光合作用、脂肪酸合成相關基因及防御反應相關基因均呈上調，使植株處于防御“預警”狀態。其中，amir2118a/b雙突變體m1和m2對葉際細菌病害和土傳線蟲病害抗性增強，實現地上部與地下部病害跨類型防控。兩年田間試驗證實，突變體單株莢數、粒數、粒重均優于野生型，小區測產實現7.4%至8.7%的穩定增產，打破抗病性與產量協同限制。
本研究提出作物復雜性狀改良策略，即利用CRISPR/Cas系統精準靶向miRNAs非功能區突變，通過調控phasiRNA級聯效應提升大豆抗病性與產量。
相關研究成果發表在《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院相關項目的支持。
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