Plant Communication:李家洋院士團隊開發(fā)植物“基因敲高”新方法改良植物性狀
日期:2023-12-06 00:16:19

基因編輯通過精確改良基因組實現(xiàn)變革型育種加速,CRISPR/Cas9技術常用于功能基因的無義突變從而獲得功能缺失型突變體。然而許多重要農(nóng)藝性狀的改良需要功能獲得型等位基因,使功能基因上調(diào)表達,即“基因敲高”。因此在不引入外源基因組片段的前提下,開發(fā)通過基因敲除獲得基因上調(diào)表達的新策略可以拓展現(xiàn)有的基因表達調(diào)控工具,為作物遺傳改良和種質(zhì)創(chuàng)新提高有力的技術支撐。


2023年11月09日,中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李家洋院士團隊在Plant Communications在線發(fā)表題為“Genome editing of 3'UTR-embeded inhibitory region enables to generate gene knock-up alleles in plants”的研究論文。該研究通過對植物功能基因3'非翻譯區(qū) (3' untranslated region, 3'UTR)中的負調(diào)控區(qū)域進行敲除,開發(fā)了一種能夠增加功能蛋白表達的新方法,并對水稻和擬南芥的3個基因進行改造,獲得性狀成功改良的植株。


3’UTR區(qū)域在真核生物基因轉錄后調(diào)控和蛋白合成中發(fā)揮重要作用。因此該研究團隊推測通過基因敲除3’UTR負調(diào)控元件,從而創(chuàng)制靶標蛋白水平升高和期望植物性狀的等位突變體。為了驗證該假設,研究團隊首先選取水稻中的低溫耐受基因OsLTI7,并通過雙熒光素酶實驗鑒定基因3’UTR上的負調(diào)控結合位點。接下來通過CRISPR/Cas9對負調(diào)控區(qū)域進行靶向編輯獲得純合片段缺失突變體OsLTT73'utr,發(fā)現(xiàn)突變體的mRNA表達量和蛋白含量顯著高于野生型,低溫脅迫處理發(fā)現(xiàn)OsLTT73'utr的存活率顯著高于野生型。該實驗結果說明,通過敲除OsLTI7基因3’UTR的負調(diào)控元件可以增加功能蛋白的富集度和低溫耐受性。此外利用該策略成功對水稻矮稈基因OOsSBI和擬南芥鹽脅迫耐受基因AtTPPD的“基因敲高”以及提高功能蛋白的相應調(diào)控功能。

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圖1 通過CRISPR/Cas9基因編輯技術創(chuàng)制基因敲高等位基因來改良植物的性狀

因此,本研究通過提供一種無外源基因整合CRISPR/Cas9介導的方法用于在不同物種中實現(xiàn)“基因敲高”提供了育種策略。

—— 參考文獻 ——

Hongwen Wang, Dahan Zhang, Mingjiang Chen, et alGenome editing of 30 UTR-embedded inhibitory region enables generation of gene knock-up alleles in plants[J]. Nature Communications, 2023.

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