农业基因组所通过CRISPR/Cas9恢复失活基因创制抗穗发芽红麦

小麦是全球最重要的谷类作物之一。小麦成熟期如果遇连阴雨，不能及时收获，常出现受潮的麦粒在麦穗上发芽，即穗发芽(Pre-harvest sprouting, PHS)。穗发芽严重影响小麦产量和品质。一般来说，红粒小麦比白粒小麦抗穗发芽。此外，红粒小麦糊粉层富含原花青素和花青素，其抗氧化活性和自由基清除能力具有促进健康的作用。

近日，中国农科院农业基因组所张翠军团队联合中国农科院作科所、福建省农科院生物所等单位在Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为“CRISPR/Cas9-mediated restoration of Tamyb10 to create pre-harvest sprouting-resistant red wheat”的论文，该研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术使小麦中失活的Tamyb10基因恢复功能，成功将白粒小麦转化为红粒小麦，并提高了小麦的抗穗发芽能力。

普通六倍体小麦中R2R3-MYB转录因子Tamyb10能够激活类黄酮与ABA生物合成相关基因来调控籽粒颜色和穗发芽抗性。由于长期的驯化过程，在大多数白粒小麦品种中，Tamyb10-A1/B1/D1基因由于插入或缺失突变，导致功能丧失，小麦种皮花青素不能正常积累而呈现白色种皮。其中，Tamyb10-A1在内含子处有2.2kb大片段T-DNA插入而失活；Tamyb10-D1为大片段丢失；Tamyb10-B1基因在近88.6%的面包小麦品系中，在第三外显子处存在19bp缺失，该缺失导致开放阅读框移码，蛋白翻译提前终止，而使蛋白功能丧失。在本研究中，作者针对Tamyb10-B1a基因的19bp缺失位点设计特异性gRNA，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得Tamyb10-B1a基因的+1bp编辑植株，从而使白皮小麦中Tamyb10-B1a基因的19bp缺失导致的移码突变修复为18bp缺失，进而使Tamyb10-B1基因恢复编码蛋白的能力。通过上述策略作者成功地将白粒小麦转化为红粒小麦，并提高了小麦的抗穗发芽能力。除了籽粒颜色和抗穗发芽外，该基因编辑小麦在其他农艺性状上与对照品种没有区别。该方法可实现优良白麦品种的快速改良，而不需要经过繁锁的杂交聚合和回交。在我国普通栽培白麦品种中Tamyb10-B1基因的19bp缺失广泛存在，因此该方法将有助于快速培育具有穗发芽抗性的红麦新品种。

图一 基因编辑修复Tamyb10功能提高小麦穗发芽抗性和花青素含量

中国农科院农业基因组所张翠军研究员和中国农科院作科所王轲副研究员为论文的通讯作者。中国农科院农业基因组所博士后朱义旺和福建省农科院生物所林雅容博士为论文共同第一作者，同时感谢南方科技大学朱健康院士、福建省农科院生物所王锋研究员、中国农科院基因组所程时锋研究员、中国农科院作科所叶兴国研究员、爱丁堡大学Justin Goodrich教授对本研究的指导。本研究得到国家重点研发计划、广东省科学技术基金、国家自然科学基金、中国博士后科学基金的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13981

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！