首页  >  科研进展  >  科研进展详情

前沿|万建民院士团队在作物基因组编辑育种研究中取得新进展

2023-11-07   南京农业大学新闻网   阅读量:183

    近日,南京农业大学万建民院士团队在Plant Biotechnology Journal发表了题为“Fine tuning rice heading date through multiplex editing of the regulatory regions of key genes by CRISPR‐Cas9”的研究论文。该研究开发了一种名为High-efficiency Multiplex Promoter-targeting (HMP) 的启动子编辑技术,并将该技术用于水稻抽穗期的遗传调控,通过对重要抽穗期基因启动子区域的高效编辑,实现了相同遗传背景下水稻抽穗期的连续变异,可对现有优良品种的抽穗期进行调控,扩大优良品种的适宜种植区域。

    为了实现高产、稳产的目标,需要根据各地的气候特点对品种布局进行区划,以规避前期高温、后期冷害等不利气候条件,高效利用光温资源的同时降低生产风险。抽穗期是决定水稻品种适宜地区的关键性状,以江苏省为例,从北到南可以分为中熟中粳、迟熟中粳、早熟晚粳、中熟晚粳四个生态区,每个生态区之间的抽穗期相差5-7天左右。特定品种只能在合适的生态区种植,因而每个育成品种的适宜推广地区有限,难以发挥优良品种的最大价值。

    通过基因编辑改变品种抽穗期是扩大品种适宜区域的重要途径,然而主效抽穗期基因的效应太大,通过基因敲除往往产生20-30天的抽穗期改变,同时伴随株高等农艺性状的严重变化,无法实现抽穗期的精细调控,因而育种利用价值有限。针对该问题,本研究开发的HMP技术通过sgRNA和tRNA的串联,同时靶向单个基因启动子区域的多个靶点,能够在靶基因的顺式调控区域产生点突变、插入、缺失等不同的变异,特别是在不同靶点间产生大片段缺失的效率很高,可以不同程度的改变目标基因的表达量,这为通过基因组编辑产生启动子区域变异,精细调节重要农艺性状提供了一种高效的途径。

    研究人员利用HMP策略对南京农业大学水稻所前期克隆的关键抽穗期基因DTH8,以及另外两个重要抽穗期基因Ghd7和Hd1进行了编辑,均取得了较好的效果,产生大量抽穗期介于野生型和基因功能缺失突变体之间的连续变异,从而可以方便的筛选出抽穗期适宜不同生态区的改良材料,为将优良品种推广到更广阔的区域,实现品种效益最大化提供了工具。

    南京农业大学周时荣教授、在读博士生蔡亮和已毕业硕士生吴豪琴为本文共同第一作者,万建民院士为通讯作者。连云港市农业科学院王宝祥研究员、南京农业大学李超教授、田云录副教授、刘喜教授、刘世家教授、陈亮明副教授、江玲教授等也参与了部分研究工作。该研究得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、农业农村部、海南省崖州湾种子实验室等项目资助。

    原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14221