Plant Communication：植物“基因敲高”新方法改良植物性狀

瀏覽次數：1007　發布日期：2023-12-6　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

Plant Communication：李家洋院士團隊開發植物“基因敲高”新方法改良植物性狀

基因編輯通過精確改良基因組實現變革型育種加速，CRISPR/Cas9技術常用于功能基因的無義突變從而獲得功能缺失型突變體。然而許多重要農藝性狀的改良需要功能獲得型等位基因，使功能基因上調表達，即“基因敲高”。因此在不引入外源基因組片段的前提下，開發通過基因敲除獲得基因上調表達的新策略可以拓展現有的基因表達調控工具，為作物遺傳改良和種質創新提高有力的技術支撐。

2023年11月09日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊在Plant Communications在線發表題為“Genome editing of 3'UTR-embeded inhibitory region enables to generate gene knock-up alleles in plants”的研究論文。該研究通過對植物功能基因3'非翻譯區 (3' untranslated region, 3'UTR)中的負調控區域進行敲除，開發了一種能夠增加功能蛋白表達的新方法，并對水稻和擬南芥的3個基因進行改造，獲得性狀成功改良的植株。

3’UTR區域在真核生物基因轉錄后調控和蛋白合成中發揮重要作用。因此該研究團隊推測通過基因敲除3’UTR負調控元件，從而創制靶標蛋白水平升高和期望植物性狀的等位突變體。為了驗證該假設，研究團隊首先選取水稻中的低溫耐受基因OsLTI7，并通過雙熒光素酶實驗鑒定基因3’UTR上的負調控結合位點。接下來通過CRISPR/Cas9對負調控區域進行靶向編輯獲得純合片段缺失突變體OsLTT7^3'utr，發現突變體的mRNA表達量和蛋白含量顯著高于野生型，低溫脅迫處理發現OsLTT7^3'utr的存活率顯著高于野生型。該實驗結果說明，通過敲除OsLTI7基因3’UTR的負調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調控功能。

圖1 通過CRISPR/Cas9基因編輯技術創制基因敲高等位基因來改良植物的性狀

因此，本研究通過提供一種無外源基因整合CRISPR/Cas9介導的方法用于在不同物種中實現“基因敲高”提供了育種策略。

—— 參考文獻 ——

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.

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