近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所甘藍(lán)育種團(tuán)隊(duì)，通過(guò)優(yōu)化PAM序列、表達(dá)GRF-GIF融合蛋白等方法提升了甘藍(lán)遺傳轉(zhuǎn)化和CRISPR/Cas9基因編輯效率。利用優(yōu)化的CRISPR/Cas9體系敲除了BoBPM6和BoDMR6兩個(gè)基因，創(chuàng)制了具有廣譜抗病性的甘藍(lán)新種質(zhì)。相關(guān)成果以“Generation of novel bpm6 and dmr6 mutants with broad-spectrum resistance using a modified CRISPR/Cas9 system in Brassica oleracea”為題發(fā)表在《Journal of Integrative Plant Biology》。
甘藍(lán)是一種在世界各地廣泛栽培的十字花科蕓薹屬蔬菜作物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球甘藍(lán)類(lèi)蔬菜種植面積約377萬(wàn)公頃，包括甘藍(lán)、青花菜和花椰菜等，構(gòu)成了重要的農(nóng)業(yè)資源。田間病害常會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)，培育廣譜抗病品種是理想的防控手段。利用CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)敲除感病基因又是目前獲得廣譜抗性較為快速和簡(jiǎn)單的途徑。目前，甘藍(lán)廣譜抗病品種很少，甘藍(lán)的基因編輯效率相較于水稻等模式作物也較低，因此，改良CRISPR/Cas9基因編輯體系并探索創(chuàng)制具有廣譜抗病性的新種質(zhì)至關(guān)重要。
本研究應(yīng)用將PAM序列5'-NGG-3‘后一位選擇為'T’的策略，分別構(gòu)建了單子葉植物水稻和雙子葉植物甘藍(lán)的兩種不同載體，并驗(yàn)證此策略能夠分別提高CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的編輯效率至76.0%和68.7%。隨后在遺傳轉(zhuǎn)化過(guò)程中分別同時(shí)表達(dá)GRF5-GIF1-GRF5、GRF4-GIF1-GRF4、GRF5、GIF1蛋白，結(jié)果表明表達(dá)GRF5-GIF1-GRF5融合蛋白顯著提高了55.2%的再生率。應(yīng)用優(yōu)化的基因編輯及遺傳轉(zhuǎn)化體系敲除BoBPM6和BoDMR6兩個(gè)基因，獲得了bobpm6、bodmr6突變體材料，平均轉(zhuǎn)化和編輯率分別達(dá)到5.5%和62.0%、8.2%和62.5%。人工接種甘藍(lán)的三種主要病害枯萎病、黑腐病和根腫病，結(jié)果顯示bobpm6能顯著增強(qiáng)對(duì)枯萎病、黑腐病的抗性，bodmr6能顯著增強(qiáng)對(duì)黑腐病、根腫病的抗性。綜上，該研究應(yīng)用優(yōu)化后的CRISPR/Cas9技術(shù)敲除BoBPM6和BoDMR6基因，創(chuàng)制了具有廣譜抗病性的新種質(zhì)，為基于基因編輯技術(shù)的作物抗病育種提供了依據(jù)。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所/北京農(nóng)學(xué)院聯(lián)培碩士生張語(yǔ)倫和已畢業(yè)碩士生劉金暉為該論文的共同第一作者，呂紅豪、張揚(yáng)勇研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、河北省科技計(jì)劃等項(xiàng)目資助。此外，本研究還得到了俄羅斯科學(xué)與高等教育部資助。
原文鏈接： https://doi.org/10.1111/jipb.13842
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