小麥赤黴病（Fusarium head blight，FHB）是由禾穀鐮刀菌引起的世界性病害，在生產中造成小麥產量和品質的顯著降低。小麥感染赤黴病菌產生的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等毒素嚴重危害人體健康，給小麥為主的食品安全帶來很大隱患。 此外，已有研究表明，小麥對赤黴病抗性的種質資源很少，未發現免疫材料。因此，小麥赤黴病被稱為小麥“癌症”，也是農業領域的世界性難題。
2019年11月22日，bioRxiv預印本雜誌在線發表了來自澳大利亞聯邦科學與工業研究組織Kemal Kazan課題組題為“Natural gene drives offer potential pathogen control strategies in plants”的研究論文。該研究通過基因驅動技術將小麥禾穀鐮刀菌中的三個致病基因在第三代菌群中給消除了，表明基因驅動技術是控制植物病原體的潛在工具。
此外，介於該文章提出的新概念，Science雜誌在線發表了題為“Controversial ‘gene drive’ could disarm deadly wheat pathogen”的評論文章。該文認為
基因驅動（gene drive）是一個能夠快速將特定性狀擴散到群體中去的系統。通常，有性生殖生物中的基因被遺傳的機率平均為50％，但是有些基因在繁殖的過程被遺傳的概率相比普通基因要超過50%。因此，這些基因就可以很容易在群體中散播，即使它們可能導致個體的適應性下降。通過這些基因的遺傳“偏向性”，基因驅動在理論上可將這些人為改造的基因散播到野生群體中。而這些改造可以包括基因的增添、破壞或者修飾，也可以包括減少個體的生育能力從而可能導致整個物種的毀滅。
基因驅動受到兩個基本限制。首先，驅動器僅在有性繁殖物種中起作用，因此它們不能用於工程化病毒或細菌種群。第二，新釋放的驅動器通常需要數十代才能影響相當一部分目標群體。至關重要的是，在實驗室外使用該技術成為現實之前，必須對其進行持續評估。
近年來，“基因驅動”成為生物學界的新興熱門研究領域之一，通過結合CRISPR基因編輯技術可以研發出人工“基因驅動”系統，並在酵母、果蠅和蚊子中證實可實現外部引入的基因多代遺傳。
圖1. Spread of homing drives
引起小麥赤黴病的禾穀鐮刀菌是一種同型真菌，會經歷自交和異源雜交。在自然界中，兩種繁殖方式都已知會發生，那麼是否可以通過基因驅動技術消除該菌生產脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等毒素並降低其傳染力呢？
該研究首次通過使用基因驅動來控制植物中的病原體。首先建立了一個基因驅動系統，由真菌中天然基因驅動元件家族Spok1，替換禾穀鐮刀菌產生DON所需的基因簇TRI的三個相鄰基因（TRI4，TRI5和TRI6），來測試Spok1充當禾穀鐮刀菌異源減數分裂畸變的能力，研究表明Spok1的驅動效率為90％多，說明能在禾穀鐮刀菌中起作用，但是crispr系統不能起作用。
進一步研究表明，在該雜交的第一代中，50個回收的後代中有16個具有重組基因型。其中有15個繼承了ΔTRI465Spok1-HYG等位基因，相當於驅動效率約為94％。在第二代中，所有具有非親本基因型的菌株均攜帶ΔTRI465Spok1-HYG。到第三代時，採樣菌株沒有包含親本基因型。相反，ΔTRI465Spok1-HYG在種群中固定。
此外，基因驅動器的應用可能帶來意想不到的風險，因此需要天然的基因組防禦（重複誘導的點突變）用於失活基因驅動器。重複誘導點突變（RIP）是一種在許多性真菌中起作用的天然基因組防禦機制。RIP會導致基因組中任何位置重複序列大於約400 bp的C→T突變。因此，該研究也同樣構建了通過交叉攜帶兩個分別設計的Spok1序列的兩個驅動菌株來替代TRI465和ABC1位點，預期RIP突變會在隨後的性週期（自交或異源雜交）中發生，直到兩個重複的Spok1序列之間的同源性降至80％以下，因此該系統提供使Spok1功能在幾代人中逐漸喪失的系統。
因此，該研究表明，天然的基因驅動系統可以通過改變很多植物病原體毒力基因座的遺傳率降低毒力將使作物損失最小化，而不會導致病原體種群滅絕。但是出於科學和法規方面的原因，需要更多的工作來確定類似減數分裂驅動基因系統的作用方式，並進行研究以評估此類技術的社會接受度和安全性。
此外，值得注意的是，中國科學院遺傳與發育所高彩霞研究員在接受Science雜誌採訪時指出，“這是一個新想法，但不切實際，任何被刪除了其致病基因的鐮刀菌都不能在野外生存，並且不能與未經改變的真菌或其他鐮刀菌物種競爭，而這種疾病仍然是一個問題”。
論文鏈接：
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.05.026500v1.full.pdf
https://www.sciencemag.org/news/2020/04/controversial-gene-drive-could-disarm-deadly-wheat-pathogen
