中國農業科學院葉興國團隊在小麥基因編輯體系優化和應用方面取得可喜進展

2021-02-20 小麥研究聯盟

2019年11月24日，國際植物學研究主流期刊<Journal of Experimental Botany>在線發表了中國農業科學院作物科學研究所葉興國實驗室的研究成果：「Editing TaMTL gene induces haploid plants efficiently by optimized Agrobacterium-mediated CRISPR system in wheat」。

眾所周知，以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術已逐步成為植物遺傳改良的重要工具，在擬南芥、水稻、玉米等二倍體植物中的應用非常成功，但在小麥中的編輯效率還比較低，應用還不夠廣泛，尤其最新發展的CRISPR/Cpf1和CRISPR/xCas9編輯系統在小麥中還沒有探討，一定程度限制了小麥的遺傳改良。

為了提高利用CRISPR技術編輯小麥目標基因的效率，該實驗室針對CRISPR/Cas9編輯系統，首先利用GUS基因單拷貝整合且無篩選標記的轉基因株係為材料，比較了不同啟動子(OsU6a，TaU3和TaU6)調控sgRNA的編輯效果，以及不同sgRNA靶點數的編輯效果。發現TaU3啟動子調控sgRNA和利用2個串聯sgRNA編輯小麥的效率最高，並在編輯植株發現了較高頻率的2個靶點間大片段刪除突變。然後利用TaU3啟動子和雙靶點策略，比較了CRISPR/Cas9、CRISPR/Cpf1和CRISPR/xCas9在小麥中的編輯效果，發現CRISPR/Cas9的突變頻率最高，雖然利用CRISPR/Cpf1和CRISPR/xCas9編輯系統也獲得了小麥編輯植株，但編輯效率非常低(分別為3.1%和1.5%)。

進一步利用優選的CRISPR編輯系統對2個小麥內源基因TaWaxy和TaMTL進行了編輯，編輯效率分別達80.5%和57.5%，大片段刪除效率達40.2%，並發現了2個靶點間序列刪除後的反向插入現象。尤其對TaMTL編輯植株進行了表型、分子和細胞學鑑定，發現編輯植株繁茂性和結實率等性狀顯著降低(圖1，圖2)，單倍體籽粒誘導率達18.9%，同時，首次發現了無胚及胚和胚乳雙無籽粒(圖2)。該項研究成果為利用CRISP編輯技術對小麥重要基因進行高效遺傳修飾和在小麥中實現目標基因的定點插入等研究奠定了基礎，對小麥單倍體育種等研究具有較好實際應用價值。

 在該項研究中，中國農科院研究生院2017級博士研究生劉會雲為論文第一作者，中國農科院作物科學研究所葉興國研究員和王軻副研究員為論文通訊作者。該項研究得到了國家轉基因重大專項、重點研發計劃和中國農科院創新工程的資助。Liu HY, Wang K, Jia ZM, Gong Q, Lin ZS, Du LP, Pei XW, and Ye XG. Editing TaMTLgene induces haploid plants efficiently by optimized Agrobacterium-mediated CRISPR system in wheat. J Exp Bot, 2019, doi.org/10.1093/jxb/erz529.

相關焦點

  • 中國農業科學院葉興國團隊在小麥基因編輯體系優化和應用方面取得...
    2019年11月24日，國際植物學研究主流期刊在線發表了中國農業科學院作物科學研究所葉興國實驗室的研究成果：「EditingTaMTLgene induces haploid plants efficiently by optimizedAgrobacterium-mediated CRISPR system
  • 中國農業科學院科技創新引領糧食產業高質量發展
    新華網北京1月13日電（李楠） 1月12日，中國農業科學院舉行「科技創新引領糧食產業高質量發展」新聞發布會。發布會上，介紹「十三五」時期我國主糧種業基本情況、「十三五」時期中國農業科學院在主糧育種領域的科學進展以及「十四五」時期中國農科院科學院在科技支撐種業翻身仗的部署情況。
  • 北京市農林科學院玉米基因組編輯團隊在基因編輯技術方面再獲新進展
    12月16日，北京市農林科學院玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室基因組編輯團隊在Frontiers系列新期刊Frontiers in Genome Editing上發表題為「Genome engineering in plant using an efficient CRISPR-xCas9 toolset with an expanded
  • 農業掀起「基因」浪潮,基因編輯和轉基因技術商業化提速
    廣義基因工程技術中的基因編輯和轉基因技術在農業領域的應用備受關注。說到基因編輯，其近年來的發展可謂是叱吒風雲，在醫學領域大放異彩不說，又屢次角逐諾獎。當走在科技前沿的基因編輯遇上正在追趕科技的農業，它們之間所發生的奇妙化學反應將為農業帶來全新的發展機會。
  • 山東農大科研團隊成功克隆小麥抗條銹病新基因
    記者日前從山東農業大學獲悉，山東農業大學吳佳潔團隊與四川農業大學劉登才團隊、美國愛達荷大學付道林團隊等合作，成功克隆小麥抗條銹病基因YrAS2388（國際編號Yr28），從而為預防該病害流行提供了新的「基因疫苗」。9月上旬，國際權威期刊《自然﹒通訊》在線發表了相關成果。
  • ...國家隊如何實施人才強院戰略——訪中國農業科學院黨組書記張合成
    張合成列舉了一系列最新科研進展：「中麥578」創全國強筋小麥畝產841.5公斤紀錄，玉米密植高產新品種示範田創1663公斤的全國單產新紀錄，非洲豬瘟疫苗研發進入臨床試驗階段，草地貪夜蛾防控技術體系全面支撐「蟲口奪糧」戰役，主動服務「三區三州」89個深度貧困縣，湧現出兩位全國脫貧攻堅創新獎獲得者。
  • 中國農業科學院作科所參與的大麥泛基因組構建研究成果在Nature發表
    中國農業科學院作物科學研究所小麥大麥優異種質資源發掘與創新利用創新團隊通過參與大麥泛基因組構建國際協作研究，在破譯大麥泛基因組方面取得了裡程碑意義的研究進展，將為未來開展大麥青稞種質資源鑑定、遺傳研究、種質創新及新品種選育提供有力支撐，相關研究成果北京時間11月26日在《自然（Nature）》雜誌在線發表。
  • 山東農大科研團隊成功克隆小麥抗條銹病新基因
    9月9日，《中國科學報》在頭版重要位置報導了山東農業大學最新科研進展，學校農學院吳佳潔團隊十年磨劍，克隆小麥抗條銹病新基因，並對其影響小麥條銹病抗性的分子機制進行了深入研究。下面，我們就來看看這個成果到底有多「贊」：（中國科學報記者 李晨 通訊員 王靜）9月6日，《自然—通訊》雜誌在線發表一個新的小麥抗條銹病基因YrAS2388（國際編號Yr28）。該基因由山東農業大學教授吳佳潔團隊與四川農業大學教授劉登才團隊、美國愛達荷大學教授付道林團隊等共同克隆成功。
  • 瀋陽農業大學孫紅梅團隊在百合穩定高效遺傳轉化領域取得新進展
    責編 | 奕梵穩定高效的遺傳轉化技術體系是實現基因編輯、進行基因功能研究的前提和基礎。近期，瀋陽農業大學孫紅梅教授率領的百合創新團隊在百合遺傳轉化領域取得了新進展，通過對轉化過程中重懸液和共培養培養基的pH
  • 中國農業科學院:打造引領農業科技發展的戰略科技力量
    作為經濟社會的「壓艙石」，農業領域的科技創新迫切需要更多人才。中國農業科學院日前召開第四次人才工作會議，就黨的十九屆五中全會提出的科技自立自強和「四個面向」，提出未來五年要打造一支引領農業科技發展的國家戰略科技力量，為搶佔農業科技制高點，解決區域共性關鍵技術問題和「卡脖子」問題，保障國家糧食安全提供人才支撐。
  • 中國農科院作科所成功克隆與解析小麥太谷核不育基因Ms2
    中國農業科學院作物科學研究所自上世紀就開始了對太谷核不育材料的研究，且碩果頻出。作科所劉秉華研究員通過雜交構建了矮稈基因和太谷核不育基因緊密連鎖的矮敗小麥，該材料的利用大大提高了小麥育種效率。「太谷核不育小麥的發現、鑑定與初步利用」於1998年獲得國家科技進步二等獎；「矮敗小麥及其高效育種方法的創建與應用」於2010年獲國家科技進步一等獎。
  • 中國農業科學院何中虎:將論文寫在大地上—新聞—科學網
    中國農業科學院何中虎：將論文寫在大地上孩童時期的他常常吃不飽，印象最深刻的是十歲那年，家鄉大旱，加上肆虐的蟲害，導致糧食大減產，一人一年只分得60斤小麥和180斤玉米。 也是CIMMYT的經歷，為他以後二十多年的研究開啟了新大門。 「小麥品質研究在CIMMYT是非常重要的內容之一。」何中虎清楚地記得，其他國家的科學家能把本國小麥品質特點說得一清二楚，當被問及「中國的小麥品質如何」時，自己卻回答不上來。
  • 小麥基因編輯新突破:適用於農桿菌轉化的CRISPR/Cas9打靶載體
    2018年11月26日，由山東省農業科學院作物研究所的李根英博士領銜的小麥分子育種團隊在BMC Plant Biology上發表了題為「Targeted mutagenesis using the Agrobacterium tumefaciens-mediated CRISPR-Cas9
  • 高精度單鹼基基因編輯工具研究獲進展
    為進一步提高YE1-BE3編輯效率，研究者隨後又在突變體基礎上增加標籤和核定位序列（FNLS）。優化後的單鹼基編輯工具YE1-BE3-FNLS在保證高保真的情況下，顯著提高了基因編輯效率，從而成為既安全又高效的新型基因編輯工具。
  • 海洋所在海洋多糖、寡糖調控小麥碳氮代謝研究領域取得進展
    日前，美國化學會（ACS）出版的農業領域Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry 以封面文章形式刊發了中國科學院海洋研究所研究員李鵬程團隊在海洋多糖、寡糖調控小麥碳氮代謝研究領域取得的新進展，研究結果為殼聚糖、殼寡糖作為新型生物刺激素的深度開發奠定了理論基礎。
  • ...系列報導之六(甘肅農業大學傑出校友篇)張學勇:小麥細胞遺傳...
    中國農科院二級研究員，博士生導師。現任農業部作物基因資源與種質創製綜合性重點實驗室主任，國家973項目及十三五育種專項首席科學家，中國農科院作物基因發掘與利用創新團隊首席專家。張學勇訪問英國劍橋大學張學勇長期從事小麥細胞遺傳學、遺傳多樣性和種質創新、產量性狀遺傳解析等方面的研究。
  • 一步實現作物雜交制種,基因編輯技術將引領農業變革?
    近年來，基因編輯技術讓這個過程大為簡化，使得人們得以精確快速地編輯作物基因組，實現選育增產。2020年7月8日，中國農業科學院謝傳曉研究員發表論文，利用 CRISPR/Cas9 技術一步創製雄性不育系和保持系，為作物雜交技術提供了高效的培育方案。1農作物雜交的優勢在作物生產中，雜交種比純種更受歡迎。
  • 農科院科研團隊揭示小麥品種基因組演變規律
    新京報訊（記者 周懷宗）隨著分子生物學的發展，育種技術正在從「技術加經驗」的育種模式，轉向基於基因測序的新型育種模式。近日，中國農科院相關課題組發現，小麥育種中，三個亞基因組間存在顯著的育種選擇非對稱性。該現象由中國農業科學院作物科學研究所小麥基因資源發掘與利用創新團隊發現。相關研究成果在線發表在《分子植物》上。
  • 前瞻基因產業全球周報第90期:基因編輯獲2020年諾貝爾化學獎,華裔...
    華大基因子公司優化其新冠核酸檢測試劑盒檢測體系 最快15分鐘完成華大基因下屬子公司華大因源對新冠核酸檢測試劑盒(螢光PCR法)的檢測體系進行優化，結合快速提取方法和快速PCR反應模式，在現有PCR檢測平臺上50分鐘內即能夠完成全部檢測並報告結果。進一步配套使用新研製的快速PCR儀，最快15分鐘就可完成檢測。
  • 「十三五」十大農業科技標誌性成果
    回顧「十三五」，我國農業科技基礎前沿研究取得一系列重大突破，推動農業產業發生一系列重大變革，對農業農村經濟社會發展做出一系列重大貢獻。農業農村部從2018、2019年公開發布的中國農業科學重大進展、中國農業農村重大新技術新產品新裝備、十大引領性技術以及獲得國家科技獎勵一、二等獎的成果中，遴選出了10項重大標誌性成果，讓我們一睹為快。