近日，中國農業科學院作物科學研究所作物轉基因及基因編輯技術與應用創新團隊，利用CRISPR/Cas9介導的多基因編輯技術，在冬小麥品種鄭麥7698中實現了同時靶向2個、3個、4個和5個基因的定點敲除編輯，一代實現了多個優異等位基因聚合，并通過胚拯救和后代分離，成功獲得了無轉基因、聚合多個優異等位基因的小麥新種質，為小麥和其它多倍體農作物開展多基因聚合育種提供了重要的技術支撐。相關研究成果于4月1日在線發表于《分子植物（Molecular Plant ）》上。
小麥是世界上重要的糧食作物之一，其安全生產關系到我國乃至世界的糧食安全。在過去幾十年里，隨著綠色革命和育種技術的發展，我國小麥品種改良取得了輝煌成績。但是，隨著人口增長、全球氣候變暖導致自然災害頻發、耕地逐年減少、化肥農藥使用過度等導致生態環境惡化，小麥安全生產依然面臨著巨大挑戰。由于小麥的基因功能冗余和多倍體特性，利用常規育種方法，對多個基因控制的復雜農藝性狀進行遺傳改良，耗時費力、周期長、效率低。目前，CRISPR/Cas9系統介導的基因編輯技術，已廣泛應用于農作物功能基因組學研究和作物遺傳育種改良。但由于小麥為異源六倍體、基因組比較大且背景復雜，遺傳轉化效率相對較低，目前仍然缺乏高效的小麥多基因編輯體系。
在本研究中，利用CRISPR/Cas9系統和多順反子tRNA自剪切體系，以目前黃淮麥區大面積推廣種植的冬小麥品種鄭麥7698為受體材料，開發了一種高效、通用的多基因編輯技術。以穗發芽抗性相關（TaQsd1）、氮吸收利用（TaARE1）、株型（TaNPT1、TaIPA1）、支鏈淀粉合成（TaSBEⅡa）和磷轉運（TaSPDT ）六個基因作為靶基因，分別構建同時靶向2個、3個、4個和5個基因組合的多基因編輯載體。該載體由水稻組成型啟動子Actin驅動表達多個串聯排列的tRNA-gRNAs單元，并且添加了具有增強轉錄本穩定性的PolyA結構和Nos終止子終止表達。將上述多基因編輯載體通過轉化鄭麥7698，獲得了2、3、4、5個基因在15個基因組位點編輯的植株，最高編輯效率可達50%。進一步通過胚拯救和后代分離，在T1代中成功獲得了無轉基因、多個優異等位基因聚合的小麥新種質。小麥高效、通用多基因編輯體系的建立，將有助于促進小麥分子生物學研究和復雜性狀形成的網絡解析，定向創制小麥新種質，加速育種進程。
作科所在讀碩士研究生羅金滿為本文第一作者，夏蘭琴研究員和馬有志研究員為本文共同通訊作者。該研究得到國家重點研究發展計劃、農科英才特支計劃、中央公益性科研機構基金和創新工程等項目資助。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.03.024
日期：2021-04-04
小麥是世界上重要的糧食作物之一，其安全生產關系到我國乃至世界的糧食安全。在過去幾十年里，隨著綠色革命和育種技術的發展，我國小麥品種改良取得了輝煌成績。但是，隨著人口增長、全球氣候變暖導致自然災害頻發、耕地逐年減少、化肥農藥使用過度等導致生態環境惡化，小麥安全生產依然面臨著巨大挑戰。由于小麥的基因功能冗余和多倍體特性，利用常規育種方法，對多個基因控制的復雜農藝性狀進行遺傳改良，耗時費力、周期長、效率低。目前，CRISPR/Cas9系統介導的基因編輯技術，已廣泛應用于農作物功能基因組學研究和作物遺傳育種改良。但由于小麥為異源六倍體、基因組比較大且背景復雜，遺傳轉化效率相對較低，目前仍然缺乏高效的小麥多基因編輯體系。
在本研究中，利用CRISPR/Cas9系統和多順反子tRNA自剪切體系，以目前黃淮麥區大面積推廣種植的冬小麥品種鄭麥7698為受體材料，開發了一種高效、通用的多基因編輯技術。以穗發芽抗性相關（TaQsd1）、氮吸收利用（TaARE1）、株型（TaNPT1、TaIPA1）、支鏈淀粉合成（TaSBEⅡa）和磷轉運（TaSPDT ）六個基因作為靶基因，分別構建同時靶向2個、3個、4個和5個基因組合的多基因編輯載體。該載體由水稻組成型啟動子Actin驅動表達多個串聯排列的tRNA-gRNAs單元，并且添加了具有增強轉錄本穩定性的PolyA結構和Nos終止子終止表達。將上述多基因編輯載體通過轉化鄭麥7698，獲得了2、3、4、5個基因在15個基因組位點編輯的植株，最高編輯效率可達50%。進一步通過胚拯救和后代分離，在T1代中成功獲得了無轉基因、多個優異等位基因聚合的小麥新種質。小麥高效、通用多基因編輯體系的建立，將有助于促進小麥分子生物學研究和復雜性狀形成的網絡解析，定向創制小麥新種質，加速育種進程。
作科所在讀碩士研究生羅金滿為本文第一作者，夏蘭琴研究員和馬有志研究員為本文共同通訊作者。該研究得到國家重點研究發展計劃、農科英才特支計劃、中央公益性科研機構基金和創新工程等項目資助。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.03.024
日期：2021-04-04
