近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部基因編輯重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（海南）朱健康院士團(tuán)隊(duì)牽頭利用新型基因編輯技術(shù)GRAND editing在水稻基因組中實(shí)現(xiàn)了DNA片段的精準(zhǔn)敲入和替換，恢復(fù)了秈稻敏感品種的三酮類HPPD除草劑抗性，為利用新型基因編輯技術(shù)創(chuàng)制新型種質(zhì)提供了應(yīng)用實(shí)例，為水稻和其它農(nóng)作物重要基因功能分析和遺傳改良提供了重要技術(shù)支撐。11月23日，相關(guān)成果在《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》在線發(fā)表。

 

　　三酮類HPPD除草劑因其新穎的作用機(jī)制可以有效防治多種抗性雜草，在農(nóng)田雜草防控中不斷推廣使用。人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，粳稻品種耐受三酮類HPPD除草劑，而部分秈稻品種則表現(xiàn)出敏感癥狀，原因是HIS1基因在編碼區(qū)缺失28 bp（Science, 2019）。我國(guó)雜交水稻工程中心的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)國(guó)內(nèi)常用的秈稻育種資源進(jìn)行了大規(guī)模的群體分析，發(fā)現(xiàn)HIS1基因失效廣泛出現(xiàn)在包括常規(guī)品種、不育系、恢復(fù)系等不同類型的材料中，因此HPPD類除草劑在秈稻產(chǎn)區(qū)推廣使用存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，危及國(guó)家糧食生產(chǎn)安全。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)以對(duì)HPPD類除草劑敏感的優(yōu)良秈稻品種S1035為材料，利用優(yōu)化的GRAND editing技術(shù)對(duì)其his1位點(diǎn)缺失的28 bp片段進(jìn)行定點(diǎn)插入，修復(fù)成功率為11.5%；同時(shí)，對(duì)另一個(gè)his1缺陷型品種明恢86也進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)成功率達(dá)到15.5%。T1代無外源基因編輯植株表現(xiàn)出正常的三酮類HPPD除草劑抗性。這些結(jié)果表明GRAND editing技術(shù)可以快速提高秈稻敏感品種對(duì)HPPD類除草劑的抗性。另外，該研究還測(cè)試了GRAND editing技術(shù)對(duì)水稻內(nèi)源基因短片段進(jìn)行定點(diǎn)替換，從而引入草甘膦抗性突變或創(chuàng)造矮化種質(zhì)，均取得了較高的成功率。該研究展示了GRAND editing在植物基因組中高效插入或替換DNA片段的潛能，為水稻和其它農(nóng)作物重要基因功能分析和遺傳改良提供了重要技術(shù)支撐。

 

　　農(nóng)業(yè)農(nóng)村部基因編輯重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（海南）朱健康院士為文章通訊作者，作科所為文章第一單位，本研究得到了中國(guó)農(nóng)科院南繁專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.14225