近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物精準(zhǔn)育種技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊，成功研發(fā)出高效代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、PE3-AS和PE3-DS，并率先在水稻中實現(xiàn)多個基因同時精準(zhǔn)編輯，進(jìn)一步拓展了引導(dǎo)編輯系統(tǒng)在農(nóng)作物多基因聚合育種中的應(yīng)用。5月25日，相關(guān)成果在線發(fā)表在《分子植物》(Molecular Plant)上。

據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物精準(zhǔn)育種技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊研究員夏蘭琴介紹，引導(dǎo)編輯系統(tǒng)(PE)能夠在不存在DNA雙鏈斷裂缺口和DNA供體修復(fù)模板的情況下，實現(xiàn)小片段靶向插入、刪除和所有類型的單堿基自由轉(zhuǎn)換和顛換，為農(nóng)作物基因組精準(zhǔn)編輯提供了有效工具，將極大提高農(nóng)作物定向育種效率。但是，目前已報道的植物引導(dǎo)編輯存在編輯效率低、靶點依賴性強(qiáng)，且僅限于單個基因的引導(dǎo)編輯。

針對上述問題，研發(fā)團(tuán)隊在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化PE3引導(dǎo)編輯系統(tǒng)，分別建立了基于潮霉素抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、基于雙草醚抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-AS、基于潮霉素抗性基因和雙草醚抗性基因的雙代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-DS。

圖為利用基于潮霉素抗性基因和抗除草劑基因的單基因或雙基因代理引導(dǎo)編輯器對水稻多基因進(jìn)行精準(zhǔn)編輯流程圖 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所供圖

研究人員分別利用上述3種代理引導(dǎo)基因編輯器對水稻內(nèi)源OsSPL14、OsDHDPS和OsNR2基因進(jìn)行編輯，分別獲得了OsSPL14、OsDHDPS和 OsNR2基因精準(zhǔn)編輯的水稻植株。與對照(PE3)相比，PE3-HS 和PE3-AS編輯器將基因精準(zhǔn)編輯效率提高了約2-14倍，雙代理PE3-DS編輯器將精準(zhǔn)編輯效率最高可提高約50倍，表明代理引導(dǎo)基因編輯器的研發(fā)和應(yīng)用可顯著提高植物引導(dǎo)編輯效率，大大節(jié)約了勞力和物力。

在此基礎(chǔ)上，該研究利用雙代理PE3-DS編輯器對不同內(nèi)源基因組合：OsSPL14和OsDHDPS、OsSPL14 和OsEPSPS、OsSPL14和OsVQ25、OsSPL14和OsCYP71A1、OsDHDPS和OsVQ25同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯(或同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯和基因敲除)，獲得了多個內(nèi)源基因同時精準(zhǔn)編輯(或同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯和基因敲除)的水稻新材料。代理引導(dǎo)基因編輯器的開發(fā)和利用，為作物多基因精準(zhǔn)編輯提供了有效工具，有望在水稻等農(nóng)作物中一代實現(xiàn)多個優(yōu)異等位基因聚合，大大加快育種進(jìn)程。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、海南崖州灣種子實驗室揭榜掛帥項目等資助。

關(guān)鍵詞： 抗性基因 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 內(nèi)源基因 技術(shù)創(chuàng)新