2024/05/12 集團(tuán)新聞
近日，蒙草牧草育種與良種繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所在The Crop Journal發(fā)表了有關(guān)紫花苜?；蚓庉嫾夹g(shù)體系開(kāi)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(zhǔn)創(chuàng)制優(yōu)良性狀種質(zhì)資源的紫花苜蓿基因編輯技術(shù)是國(guó)內(nèi)外苜蓿育種研發(fā)領(lǐng)域關(guān)注焦點(diǎn)。但紫花苜?；蚪M復(fù)雜，遺傳轉(zhuǎn)化流程繁瑣，對(duì)操作人員技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、受體材料遺傳背景要求極高。所以苜?；蚓庉嬻w系開(kāi)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(tuán)隊(duì)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?；蚓庉嬢d體均使用Pol III型啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)sgRNA表達(dá)，難與Pol II型啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的Cas9較好協(xié)同表達(dá)。針對(duì)上述問(wèn)題，蒙草及中科院青能所研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展科研攻關(guān)，選擇公農(nóng)1號(hào)為底盤(pán)資源，采用超聲輔助侵染技術(shù)，建立公農(nóng)1號(hào)高效遺傳轉(zhuǎn)化體系（轉(zhuǎn)化率達(dá)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(hào)紫花苜蓿超聲輔助葉圓盤(pán)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(qiáng)啟動(dòng)子啟動(dòng)Cas9和sgRNA模塊以單一轉(zhuǎn)錄單元進(jìn)行協(xié)同高效表達(dá)，并利用基于tRNA的多sgRNA串聯(lián)，在紫花苜蓿中實(shí)現(xiàn)了同一基因或不同基因多個(gè)靶位點(diǎn)的高效編輯。該載體系統(tǒng)簡(jiǎn)捷、高效，在多個(gè)重要作物的基因編輯中具有通用性，已被來(lái)自國(guó)內(nèi)科研院所20多個(gè)相關(guān)團(tuán)隊(duì)試用，獲得良好反饋。
▲紫花苜蓿高效簡(jiǎn)捷基因編輯載體。
研究人員發(fā)現(xiàn)，sgRNA的選擇是紫花苜蓿基因編輯成功與否的關(guān)鍵。然而，紫花苜蓿原生質(zhì)體制備與轉(zhuǎn)化體系對(duì)操作人員技術(shù)要求高，葉圓盤(pán)法遺傳轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高編輯效率sgRNA快速篩選。研究團(tuán)隊(duì)基于MtLAP1轉(zhuǎn)錄因子過(guò)表達(dá)累積花青苷 “顯色”的原理，開(kāi)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(cè)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(duì)紫花苜蓿葉發(fā)育的關(guān)鍵基因PALM1進(jìn)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(dòng)基因編輯技術(shù)在我國(guó)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(dòng)力，接下來(lái)蒙草牧草育種與良種繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)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。