浙江
植物基因功能研究长期依赖功能缺失筛选，然而植物基因组中存在大量功能冗余基因，单纯敲除单个基因往往不产生可见表型，并且某些关键基因的缺失会导致植株死亡，这些因素共同限制了传统筛选策略的效力和应用范围。2026年9月7日，中山大学生命科学学院李剑峰教授团队与浙江省农业科学院寇艳君研究员团队合作在Nature Plants期刊发表了题为“Cell-based CRISPRa screen identifies a papillae-specific receptor kinase mediating broad-spectrum fungal resistance in rice”的研究论文。该研究建立了一套基于水稻原生质体的dCas9-TV介导CRISPR激活遗传筛选平台，并利用这一平台从超过1300个水稻受体激酶和受体样胞质激酶基因中筛选到了广谱真菌抗性的正调控因子OsTV1。
研究团队首先开发了一套适用于植物原生质体的高通量CRISPRa筛选流程。他们将经过改造的INTACT核标记系统置于稻瘟菌诱导型启动子OsChit6pro的控制之下，并与dCas9-TV和靶向近千个受体激酶基因启动子的混合gRNA文库共同转染水稻原生质体。当特定gRNA成功激活某个抗病正调控基因后，细胞内便会启动INTACT报告系统的表达，生物素标记的核膜蛋白随即能够通过链霉亲和素磁珠从大量细胞中分离纯化出来。研究人员进一步通过扩增子深度测序分析这些阳性细胞核中富集的gRNA序列，最终鉴定出了三个显著富集的候选基因。他们随后聚焦于其中一个编码LRR型受体激酶的未知功能基因并将其命名为OsTV1。
为了验证OsTV1的生物学功能，研究团队分别构建了OsTV1过表达和CRISPR敲除的水稻遗传材料。表型分析结果显示，在正常生长条件下过表达植株和敲除植株的株高、分蘖数、结实率和籽粒千粒重等农艺性状均与野生型ZH11无显著差异，表明OsTV1的遗传操作不会对水稻正常生长发育产生明显不良影响。然而在接种稻瘟菌后，OsTV1过表达植株叶片上的病斑面积较野生型显著缩小，颈部稻瘟病发病等级明显降低，而OsTV1敲除植株则表现出更加严重的感病症状。这种抗病表型在田间自然发病条件下也得到了验证，并且过表达植株对水稻恶苗病和纹枯病同样表现出显著增强的抗性。
在机制研究方面，研究团队发现OsTV1特异性地在水稻叶片表皮乳突结构中表达，该结构已知是硅元素富集的部位。他们测定不同基因型材料叶片中的硅含量后发现，OsTV1过表达植株叶片中的硅含量较野生型显著升高，而敲除植株则显著降低。通过纳米压痕技术测量叶片力学性能，过表达植株的杨氏模量显著高于野生型，表明叶片刚性增强，敲除植株则相反。他们还通过免疫共沉淀实验证实OsTV1与硅外排转运蛋白OsSIET4存在蛋白质相互作用。转录组分析结果进一步显示，OsTV1过表达植株中木质素合成、植保素代谢和茉莉酸信号通路相关的防御基因表现出更高的基础表达水平和更强的诱导表达趋势。这些物理屏障强化和生化防御响应共同构成了OsTV1介导的广谱真菌抗性机制。
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