近日，中國農業(yè)科學院作物科學研究所作物精準育種技術創(chuàng)新團隊成功開發(fā)了一種高效、編輯范圍更廣的胞嘧啶和腺嘌呤雙堿基編輯融合系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對水稻內源的OsEPSPS基因編碼區(qū)進行近飽和突變，獲得了高抗草甘膦的水稻新型基因資源。本研究為通過人工進化農作物重要農藝性狀基因，創(chuàng)制新型基因資源和新種質，提供了重要技術支撐和有效工具。相關研究成果在《植物學報（Journal of Integrative Plant Biology）》在線發(fā)表。
近年來，由CRISPR/Cas系統(tǒng)衍生的植物基因組單堿基編輯技術體系，可以在不形成雙鏈DNA斷裂缺口（DSB）和無外源供體修復模板參與的情況下，在靶基因區(qū)實現胞嘧啶向胸腺嘧啶或腺嘌呤向鳥嘌呤的堿基替換，具有操作簡便、編輯效率高等優(yōu)勢，在農作物基因功能研究和精準育種中發(fā)揮了重要作用。然而，該單堿基編輯技術尤其是雙堿基融合編輯系統(tǒng)在植物中的編輯效率依然非常低，迫切需要建立更高效、編輯范圍更廣的植物雙堿基融合編輯技術體系。
研究人員在原有單堿基編輯系統(tǒng)中融入不同來源的胞嘧啶和腺嘌呤脫氨酶，構建了4個潮霉素代理的胞嘧啶和腺嘌呤雙堿基融合編輯系統(tǒng)STCBEs，通過對水稻內源基因編輯效率的測試發(fā)現，其中的STCBE-2具有更高的編輯效率和較寬的編輯窗口。進一步，該研究利用上述雙堿基融合編輯系統(tǒng)STCBE-2，針對水稻內源OsEPSPS基因的保守結構域和預測的草甘膦結合區(qū)域進行定向進化，在預測的草甘膦結合區(qū)域發(fā)現了一個新的OsEPSPS等位基因，該等位基因突變后，賦予了水稻抗田間推薦用量四倍的草甘膦耐受性。該研究為水稻以及其他作物重要農藝性狀基因的定向進化提供了有效工具，有望大大促進農作物定向遺傳改良的進程。
中國農科院作科所張臣博士為論文第一作者，夏蘭琴研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金基礎科學中心項目、海南崖州灣種子實驗室揭榜掛帥重大項目、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項、農業(yè)農村部基因編輯創(chuàng)新利用重點實驗室（海南）和國家作物分子育種工程研究中心資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.13543
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