利用CRISPR/cas9进行多基因编辑增加了大豆异黄酮的含量和对大豆花叶病毒的抗性

题目： Multiplex CRISPR/Cas9-mediated metabolic engineering increases soya bean isoflavone content（异黄酮含量） and resistance to soybean mosaic virus

通讯作者：俞德跃 教授 dyyu@njau.edu.cn第一单位：南京农业大学 国家大豆改良中心出版时间：2019年期刊简介：

背 景：

异黄酮类化合物包括多种次生代谢产物，主要来源于苯丙素途径，主要分布于豆科植物中。这些化合物在植物-环境的相互作用中起着关键作用，有利于人类健康。异黄酮合成酶(IFS)是异黄酮合成的关键酶，与黄酮-3-羟化酶(F3H)和黄酮合成酶II(FNS II)具有共同的底物。本研究采用CRISPR/cas9介导的多重基因编辑技术，同时靶向大豆毛状根和植物中的GmF3H1、GmF3H2和GmFNSII-1。在毛状根中存在不同的突变类型和突变频率。T0代转基因植株的突变效率较高，三基因突变效率为44.44%，这些靶向诱变结果在子代中稳定遗传。T0代三突变体叶片代谢组学分析显示异黄酮含量显著改善。与野生型相比，T3代纯合子三突变体叶片异黄酮含量约为对照叶片的两倍，大豆花叶病毒感染后大豆花叶病毒(SMV)外壳蛋白含量显著降低三分之一，表明异黄酮含量的增加增强了叶片对SMV的抗性。T2三突变体种子中异黄酮含量也显著增加。本研究不仅为提高大豆异黄酮含量和对SMV的抗性提供了材料，而且为产生大豆多重突变提供了一个简单的系统，这可能有利于进一步的育种和代谢工程。

重要成果：

1、采用CRISPR/cas9介导的多重基因编辑技术得到了GmF3H1、GmF3H2和GmFNSII-1三突变体。

2、T3代纯合子三突变体叶片异黄酮含量约为对照叶片的两倍，大豆花叶病毒感染后大豆花叶病毒(SMV)外壳蛋白含量显著降低三分之一，表明异黄酮含量的增加增强了叶片对SMV的抗性。

内容简介：

1、Design of CRISPR/Cas9 multiplex gene constructs to knock out GmF3H1, GmF3H2 and GmFNSII-1 simultaneously in soya bean

2、Variety and efficiency of GmF3H1, GmF3H2 and GmFNSII-1 mutations in soya bean hairy roots

3、Variety and frequency of GmF3H1, GmF3H2 and GmFNSII-1 mutations in T0 transgenic plants

4、Mutations by the CRISPR/Cas9 multiplex gene editing system can be efficiently inherited

5、Metabolomic analysis revealed significant increase of isoflavone content in the phenylpropanoid pathway（苯丙类途径）

6、Increased isoflavone content enhanced the leaf resistance to SMV

7、Isoflavone content in the seeds of T2 generation triple mutants was increased

总结：

综上所述，作者建立了CRISPR/cas9介导的大豆多重基因编辑系统，发现其在T0植株中具有较高的突变效率。编辑后的基因可以从T0遗传到T1代。该系统敲除了异黄酮竞争途径中的3个基因，导致转基因植株叶片和种子中异黄酮含量显著增加，而异黄酮含量的提高，增强了大豆对SMV的抗性。本研究结果表明，多重CRISPR/Cas9系统是大豆通过靶向多基因进行改良和同时调控多种代谢途径来研究代谢工程的有力工具。

原文链接：

[ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13302 ]

转自：植物科学SCI

如有侵权，请联系本站删除！