近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所甘藍育種團隊，通過優(yōu)化PAM序列、表達GRF-GIF融合蛋白等方法提升了甘藍遺傳轉(zhuǎn)化和CRISPR/Cas9基因編輯效率。利用優(yōu)化的CRISPR/Cas9體系敲除了BoBPM6和BoDMR6兩個基因，創(chuàng)制了具有廣譜抗病性的甘藍新種質(zhì)。相關(guān)成果以“Generation of novel bpm6 and dmr6 mutants with broad-spectrum resistance using a modified CRISPR/Cas9 system in Brassica oleracea”為題發(fā)表在《Journal of Integrative Plant Biology》。

 

　　甘藍是一種在世界各地廣泛栽培的十字花科蕓薹屬蔬菜作物。據(jù)統(tǒng)計，全球甘藍類蔬菜種植面積約377萬公頃，包括甘藍、青花菜和花椰菜等，構(gòu)成了重要的農(nóng)業(yè)資源。田間病害常會導(dǎo)致作物減產(chǎn)，培育廣譜抗病品種是理想的防控手段。利用CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)敲除感病基因又是目前獲得廣譜抗性較為快速和簡單的途徑。目前，甘藍廣譜抗病品種很少，甘藍的基因編輯效率相較于水稻等模式作物也較低，因此，改良CRISPR/Cas9基因編輯體系并探索創(chuàng)制具有廣譜抗病性的新種質(zhì)至關(guān)重要。

 

　　本研究應(yīng)用將PAM序列5'-NGG-3‘后一位選擇為'T’的策略，分別構(gòu)建了單子葉植物水稻和雙子葉植物甘藍的兩種不同載體，并驗證此策略能夠分別提高CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的編輯效率至76.0%和68.7%。隨后在遺傳轉(zhuǎn)化過程中分別同時表達GRF5-GIF1-GRF5、GRF4-GIF1-GRF4、GRF5、GIF1蛋白，結(jié)果表明表達GRF5-GIF1-GRF5融合蛋白顯著提高了55.2%的再生率。應(yīng)用優(yōu)化的基因編輯及遺傳轉(zhuǎn)化體系敲除BoBPM6和BoDMR6兩個基因，獲得了bobpm6、bodmr6突變體材料，平均轉(zhuǎn)化和編輯率分別達到5.5%和62.0%、8.2%和62.5%。人工接種甘藍的三種主要病害枯萎病、黑腐病和根腫病，結(jié)果顯示bobpm6能顯著增強對枯萎病、黑腐病的抗性，bodmr6能顯著增強對黑腐病、根腫病的抗性。綜上，該研究應(yīng)用優(yōu)化后的CRISPR/Cas9技術(shù)敲除BoBPM6和BoDMR6基因，創(chuàng)制了具有廣譜抗病性的新種質(zhì)，為基于基因編輯技術(shù)的作物抗病育種提供了依據(jù)。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所/北京農(nóng)學(xué)院聯(lián)培碩士生張語倫和已畢業(yè)碩士生劉金暉為該論文的共同第一作者，呂紅豪、張揚勇研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、江蘇省重點研發(fā)計劃、河北省科技計劃等項目資助。此外，本研究還得到了俄羅斯科學(xué)與高等教育部資助。

 

　　原文鏈接： https://doi.org/10.1111/jipb.13842