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利用 CRISPR-Cas9 精准基因组编辑技术，针对超级巴斯马蒂大米的主要易感基因，实现对细菌性枯萎病的抗性
巴斯马蒂大米因其风味、香气和长粒而闻名于世。全球对它的需求不断增加，尤其是在亚洲。然而，其生产受到田间各种问题的威胁，导致农作物严重损失。其中一个主要问题是水稻白叶枯病菌 (Xoo) 引起的细菌性枯萎病。Xoo 通过激活易感基因（OsSWEET 家族基因）来劫持宿主机制，利用其内源性转录激活因子样效应物 (TALE)。TALE 在 OsSWEET 基因的启动子区具有效应物结合元件 (EBE)。在 Clade III SWEET 基因中发现的六个著名 TALE 中，有四个存在于 OsSWEET14 基因的启动子区。因此，针对 OsSWEET14 的启动子对于产生广谱抗性非常重要。为了设计出对细菌性枯萎病的抗性，我们通过靶向 OsSWEET14 启动子中存在的 4 个 EBE，在超级巴斯马蒂大米中建立了 CRISPR-Cas9 介导的基因组编辑。我们能够获得四个不同的超级巴斯马蒂品系（SB-E1、SB-E2、SB-E3 和 SB-E4），这些品系具有三个 TALE（AvrXa7、PthXo3 和 TalF）的 EBE。然后通过选择一种带有 AvrXa7 的当地分离的毒性 Xoo 菌株并感染超级巴斯马蒂，对编辑品系进行三次重复的抗细菌性枯萎病评估。AvrXa7 EBE 缺失的品系对 Xoo 菌株表现出抗性。因此，证实了编辑的 EBE 具有对 Xoo 菌株中存在的各自 TALE 的抗性。在这项研究中，获得了高达 9% 的编辑效率。我们的研究结果表明，可以利用 CRISPR-Cas9 来使本土品种对细菌性枯萎病产生抗性，以抵抗当地流行的 Xoo 菌株。
农业中的计算机和电子产品
应对 21 世纪农业 (Ag) 的巨大挑战需要从根本上转变我们对人工智能 (AI) 技术作用的设想，以及我们构建农业 AI 系统的方式。这种转变对于复杂、高价值的农业生态系统尤其必要，例如美国西部种植 300 多种作物的农业生态系统。该地区的农民和政策制定者面临着盈利能力不稳定、作物严重损失和作物质量差等问题，原因是劳动力成本增加、熟练工人短缺、天气和管理不确定性以及水资源短缺等诸多挑战。虽然 AI 有望成为应对这些挑战的重要工具，但必须扩展 AI 能力，并需要考虑人类的投入和行为——呼吁建立强大的 AI-Ag 联盟，这也为实现持续创新创造了新的机会。实现这一目标远远超出了任何特定研究项目或学科范围，需要在研究、开发和培训方面进行更全面的跨学科努力。为了满足这一需求，我们发起了 AgAID 研究所，这是一个多机构、跨学科的国家人工智能研究机构，它将建立新的公私合作伙伴关系，涉及农业和人工智能领域的各种利益相关者。该研究所致力于为特色作物农业提供人工智能解决方案，其中与水资源可用性、气候变化和极端天气以及劳动力短缺有关的挑战都非常突出。我们对 AgAID 研究所所有活动的方法都遵循三个跨领域原则：(i) 作为人工智能设计的第一原则；(ii) 适应不断变化的环境和规模，以及 (iii) 扩大人类技能和机器效率。AgAID 研究所正在开展一系列活动，包括：使用农业人工智能应用作为开发创新人工智能技术和工作流程的试验台；为气候智能型农业奠定技术基础；充当文化包容性协作和跨学科学习以及知识共同生产的纽带；为农业和人工智能技术交叉领域的职业培养下一代劳动力；促进技术采用和转让。