2024/05/12 集團新聞
近日，蒙草牧草育種與良種繁育重點實驗室聯(lián)合中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所在The Crop Journal發(fā)表了有關(guān)紫花苜蓿基因編輯技術(shù)體系開發(fā)研究論文，為紫花苜蓿生物育種創(chuàng)新研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供有力支撐。
“牧草之王”紫花苜蓿，是全世界廣泛種植的飼草作物。精準創(chuàng)制優(yōu)良性狀種質(zhì)資源的紫花苜?；蚓庉嫾夹g(shù)是國內(nèi)外苜蓿育種研發(fā)領(lǐng)域關(guān)注焦點。但紫花苜?；蚪M復(fù)雜，遺傳轉(zhuǎn)化流程繁瑣，對操作人員技術(shù)經(jīng)驗、受體材料遺傳背景要求極高。所以苜?；蚓庉嬻w系開發(fā)需要依靠高通量遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)與高效基因編輯器。
▲研究團隊發(fā)表的題為“Development of a single transcript CRISPRCas9 toolkit for efficient genome editing in autotetraploid alfalfa”的研究論文。
目前紫花苜蓿基因編輯載體均使用Pol III型啟動子驅(qū)動sgRNA表達，難與Pol II型啟動子驅(qū)動的Cas9較好協(xié)同表達。針對上述問題，蒙草及中科院青能所研究團隊開展科研攻關(guān)，選擇公農(nóng)1號為底盤資源，采用超聲輔助侵染技術(shù)，建立公農(nóng)1號高效遺傳轉(zhuǎn)化體系（轉(zhuǎn)化率達到50%以上），為紫花苜蓿規(guī)?；z傳轉(zhuǎn)化提供支撐。
▲公農(nóng)1號紫花苜蓿超聲輔助葉圓盤高效遺傳轉(zhuǎn)化體系。
在此基礎(chǔ)上，研究人員采用擬南芥UBIQ10組成型強啟動子啟動Cas9和sgRNA模塊以單一轉(zhuǎn)錄單元進行協(xié)同高效表達，并利用基于tRNA的多sgRNA串聯(lián)，在紫花苜蓿中實現(xiàn)了同一基因或不同基因多個靶位點的高效編輯。該載體系統(tǒng)簡捷、高效，在多個重要作物的基因編輯中具有通用性，已被來自國內(nèi)科研院所20多個相關(guān)團隊試用，獲得良好反饋。
▲紫花苜蓿高效簡捷基因編輯載體。
研究人員發(fā)現(xiàn)，sgRNA的選擇是紫花苜?；蚓庉嫵晒εc否的關(guān)鍵。然而，紫花苜蓿原生質(zhì)體制備與轉(zhuǎn)化體系對操作人員技術(shù)要求高，葉圓盤法遺傳轉(zhuǎn)化周期長，無法實現(xiàn)高編輯效率sgRNA快速篩選。研究團隊基于MtLAP1轉(zhuǎn)錄因子過表達累積花青苷 “顯色”的原理，開發(fā)了一套基于可視化毛狀根的sgRNA高效篩選系統(tǒng)。與非可視化工具相比，節(jié)省60%~70%的樣本檢測成本。
▲基于可視化毛狀根的紫花苜蓿sgRNA高效篩選系統(tǒng)。
最后，研究人員利用構(gòu)建的一整套技術(shù)體系對紫花苜蓿葉發(fā)育的關(guān)鍵基因PALM1進行編輯，成功獲得高葉/莖比和高蛋白含量的紫花苜蓿種質(zhì)資源。為推動基因編輯技術(shù)在我國苜蓿生物育種研發(fā)中的廣泛應(yīng)用和加速具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀苜蓿核心種質(zhì)資源的創(chuàng)制提供科研助力。
▲palm1基因編輯紫花苜蓿新材料。
創(chuàng)新是發(fā)展的第一動力，接下來蒙草牧草育種與良種繁育重點實驗室將繼續(xù)圍繞內(nèi)蒙古發(fā)展高質(zhì)量草種業(yè)的重大戰(zhàn)略需求，開展前沿育種技術(shù)研究的聯(lián)合攻關(guān)，形成良種高通量育繁體系，為草種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)保障。