研究實現(xiàn)玉米孤雌生殖基因工程

　　9月10日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所作物分子育種技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新團隊基于CRISPR/Cas建立了可高效定向基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控的技術(shù)工具，在活體卵細胞中激活了基因BABYBOOM （BBM） 的表達，實現(xiàn)了玉米母體細胞孤雌生殖。相關(guān)研究成果在《植物通訊（Plant Communications）》上在線發(fā)表。

 

　　基于CRISPR/Cas人工轉(zhuǎn)錄因子可對特定感興趣的目標基因進行表達調(diào)控。前人在動植物中不斷完善了基于CRISPR/Cas系統(tǒng)靶標基因表達調(diào)控體系。然而，在玉米活體中基于CRISPR的基因表達調(diào)控技術(shù)仍未見報道。另外，孤雌生殖是指從母體未受精的卵細胞生成胚胎直接繁殖后代的一種生殖方式，玉米孤雌生殖可形成單倍體，用于雙單倍體育種。

 

　　該團隊基于CRISPR/dCas9基因編輯技術(shù)，融合了不同的轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)元件，研發(fā)了玉米高效基因表達調(diào)控工具，實驗表明目標基因的轉(zhuǎn)錄水平可增加1.6-11.3倍，且靶向調(diào)控基因編輯窗口位于基因起始密碼子上游1~100bp區(qū)域基因激活能力最強。在上述技術(shù)基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計與構(gòu)建了卵細胞特異激活工具—CRISPRa5BBM，高效激活了ZmBBM2卵細胞表達；單細胞測序與原位雜交實驗進一步證明臨近的其它配子體細胞如助細胞、中央細胞和反足細胞中均沒鑒定到ZmBBM2轉(zhuǎn)錄與表達，具有明確的卵細胞特異性。未受精的配子體表型分析結(jié)果表明，該突變可引起3.9%雙胚囊結(jié)構(gòu)；授粉后代分析結(jié)果表明，獲得的CRISPRa5BBM轉(zhuǎn)化株系中的母體單倍體最高可達3.6%。該研究建立了玉米母體細胞孤雌生殖基因工程技術(shù)，為單倍體誘導雙單倍體育種技術(shù)提供了一種母體自主單倍體發(fā)生技術(shù)途徑，具有重要的育種技術(shù)價值。

 

　　作科所博士后祁顯濤為該論文第一作者，謝傳曉研究員為該論文通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、海南省崖州灣種子實驗室、中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程等項目的支持。

 

　　文章在線鏈接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462（22）00286-3