Plant Communication:李家洋院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)植物“基因敲高”新方法改良植物性狀
基因編輯通過(guò)精確改良基因組實(shí)現(xiàn)變革型育種加速,CRISPR/Cas9技術(shù)常用于功能基因的無(wú)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(dá),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(guò)基因敲除獲得基因上調(diào)表達(dá)的新策略可以拓展現(xiàn)有的基因表達(dá)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(shù)支撐。
2023年11月09日,中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)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(guò)對(duì)植物功能基因3'非翻譯區(qū) (3' untranslated region, 3'UTR)中的負(fù)調(diào)控區(qū)域進(jìn)行敲除,開發(fā)了一種能夠增加功能蛋白表達(dá)的新方法,并對(duì)水稻和擬南芥的3個(gè)基因進(jìn)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(zhuǎn)錄后調(diào)控和蛋白合成中發(fā)揮重要作用。因此該研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)通過(guò)基因敲除3’UTR負(fù)調(diào)控元件,從而創(chuàng)制靶標(biāo)蛋白水平升高和期望植物性狀的等位突變體。為了驗(yàn)證該假設(shè),研究團(tuán)隊(duì)首先選取水稻中的低溫耐受基因OsLTI7,并通過(guò)雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)鑒定基因3’UTR上的負(fù)調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)。接下來(lái)通過(guò)CRISPR/Cas9對(duì)負(fù)調(diào)控區(qū)域進(jìn)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(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,通過(guò)敲除OsLTI7基因3’UTR的負(fù)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(duì)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(yīng)調(diào)控功能。
—— 參考文獻(xiàn) ——
Hongwen Wang, Dahan Zhang, Mingjiang Chen, et al. Genome editing of 30 UTR-embedded inhibitory region enables generation of gene knock-up alleles in plants[J]. Nature Communications, 2023.
北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺(tái)。中心建立了基因克隆和載體平臺(tái)、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺(tái)、表型鑒定分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析和利用平臺(tái)等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺(tái),是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺(tái)。
基因編輯服務(wù)+靶向測(cè)序服務(wù)方案
為了縮短您的育種進(jìn)程,提高您的育種成功率,北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心將為您提供水稻基因編輯服務(wù)。本方案利用基因編輯酶系統(tǒng)編輯供試材料的目的基因,在不改變其他基因的情況下迅速獲取一批目的基因缺失型突變體。解決傳統(tǒng)雜交選育中存在的周期長(zhǎng),基因連鎖等難題。
技術(shù)路線:
靶向測(cè)序服務(wù)
靶向測(cè)序技術(shù)主要分為基于多重PCR的靶向基因捕獲技術(shù)(GenoPlexs)和基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術(shù)(GenoBaits)兩種?赏瓿蓡螛悠50-5000和3000-40000標(biāo)記的基因型分析,并達(dá)到可設(shè)計(jì)區(qū)域覆蓋度高于95%,擴(kuò)增子均一性高于90%的捕獲效率。
GenoPlex基于多重PCR的靶向基因捕獲技術(shù)方案
GenoBaits基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術(shù)方案
應(yīng)用領(lǐng)域:
種質(zhì)資源分析 |
分子標(biāo)記輔助選擇 |
分子標(biāo)記輔助回交改良 |
全基因組選擇 |
全基因組關(guān)聯(lián)分析 |
遺傳圖譜構(gòu)建 |
QTL定位 |
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