近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物精準(zhǔn)育種技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊,成功研發(fā)出高效代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、PE3-AS和PE3-DS,并率先在水稻中實現(xiàn)多個基因同時精準(zhǔn)編輯,進(jìn)一步拓展了引導(dǎo)編輯系統(tǒng)在農(nóng)作物多基因聚合育種中的應(yīng)用。5月25日,相關(guān)成果在線發(fā)表在《分子植物(Molecular Plant)》上。
據(jù)夏蘭琴研究員介紹,引導(dǎo)編輯系統(tǒng)(PE)能夠在不存在DNA雙鏈斷裂缺口和DNA供體修復(fù)模板的情況下,實現(xiàn)小片段靶向插入、刪除和所有類型的單堿基自由轉(zhuǎn)換和顛換,為農(nóng)作物基因組精準(zhǔn)編輯提供了有效工具,將極大提高農(nóng)作物定向育種效率。但是,目前已報道的植物引導(dǎo)編輯存在編輯效率低、靶點依賴性強(qiáng),且僅限于單個基因的引導(dǎo)編輯。
針對上述問題,研發(fā)團(tuán)隊在前期研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化PE3引導(dǎo)編輯系統(tǒng),分別建立了基于潮霉素抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、基于雙草醚抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-AS、基于潮霉素抗性基因和雙草醚抗性基因的雙代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-DS。研究人員分別利用上述3種代理引導(dǎo)基因編輯器對水稻內(nèi)源OsSPL14、OsDHDPS和OsNR2基因進(jìn)行編輯,分別獲得了OsSPL14、OsDHDPS和 OsNR2基因精準(zhǔn)編輯的水稻植株。與對照(PE3)相比,PE3-HS 和PE3-AS編輯器將基因精準(zhǔn)編輯效率提高了約2-14倍,雙代理PE3-DS編輯器將精準(zhǔn)編輯效率最高可提高約50倍,表明代理引導(dǎo)基因編輯器的研發(fā)和應(yīng)用可顯著提高植物引導(dǎo)編輯效率,大大節(jié)約了勞力和物力。在此基礎(chǔ)上,該研究利用雙代理PE3-DS編輯器對不同內(nèi)源基因組合:OsSPL14和OsDHDPS、OsSPL14 和OsEPSPS、OsSPL14和OsVQ25、OsSPL14和OsCYP71A1、OsDHDPS和OsVQ25同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯(或同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯和基因敲除),獲得了多個內(nèi)源基因同時精準(zhǔn)編輯(或同時進(jìn)行精準(zhǔn)編輯和基因敲除)的水稻新材料。代理引導(dǎo)基因編輯器的開發(fā)和利用,為作物多基因精準(zhǔn)編輯提供了有效工具,有望在水稻等農(nóng)作物中一代實現(xiàn)多個優(yōu)異等位基因聚合,大大加快育種進(jìn)程。
該研究得到國家自然科學(xué)基金、海南崖洲灣種子實驗室揭榜掛帥項目等資助。
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https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.05.009