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優化基因編輯技術可實現小麥單倍體植株高效率誘導

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  近日,中國農業科學院作物科學研究所作物轉基因技術與應用創新團隊利用優化的CRISPR技術體系,編輯小麥TaMTL基因,成功實現了小麥單倍體植株的高效率誘導。相關研究成果在線發表在《實驗植物學雜志(Journal of Experimental Botany)》上。

  據葉興國研究員介紹,近年來,以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術已逐步成為植物遺傳改良的重要工具,在擬南芥、水稻、玉米等二倍體植物中的應用非常成功,但在小麥中的編輯效率還比較低。

  研究團隊通過比較試驗,創建了一套包括雙靶點、優選啟動子和CRISPR蛋白的小麥基因編輯策略。進一步將優化因素用于CRISPR/Cas9編輯系統,重點對小麥TaMTL基因進行了編輯,編輯效率達57.5%,大片段刪除效率達40.2%,并發現2個靶點間序列刪除后存在反向插入現象。研究人員進一步對編輯后的植株進行表型、分子和細胞學鑒定,發現編輯植株繁茂性和結實率等性狀顯著降低,單倍體籽粒誘導率達18.9%,同時,首次在禾谷類作物MTL基因編輯植株中發現了胚缺失型、胚和胚乳雙缺失型籽粒表型。該項研究成果為利用CRISP編輯技術對小麥重要基因進行高效遺傳修飾和在小麥中實現目標基因的定點插入等研究奠定了基礎,為探究TaMTL基因沉默導致胚胎和胚乳的敗育機理提供了材料。獲得的突變體材料將作為誘導系誘導小麥雜交后代產生單倍體,加速優良基因型純合,對小麥單倍體育種具有較好應用價值。

  該研究得到國家轉基因重大專項、重點研發計劃和中國農科院創新工程等項目資助。(通訊員 衛斐)

  原文鏈接:https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz529/5639664?guestAccessKey=38098c5f-63d0-494b-922f-e8fef6191631

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