摘要：基因組所聯(lián)合作科所,、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所等單位成功創(chuàng)制抗穗發(fā)芽紅麥,。

導(dǎo)讀：

為了培育出抗穗發(fā)芽的小麥品種，科學(xué)家利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)成功修復(fù)了白粒小麥品種中調(diào)控穗發(fā)芽抗性的Tamyb10基因,，成功將白粒小麥轉(zhuǎn)化為紅粒小麥,，并提高了小麥的抗穗發(fā)芽能力,。除了籽粒顏色和抗穗發(fā)芽外，該基因編輯小麥在其他農(nóng)藝性狀上與對照品種沒有區(qū)別,。

正文：

小麥成熟期時如果遇連陰雨,，不能及時收獲，常會出現(xiàn)受潮的麥粒在麥穗上發(fā)芽的現(xiàn)象,，這一現(xiàn)象被稱作穗發(fā)芽（Pre-harvest sprouting, PHS）,，穗發(fā)芽不僅會嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì),，還會影響小麥貯存或翌年的播種質(zhì)量。如何培育出抗穗發(fā)芽的小麥品種,？育種學(xué)家們決定從基因上入手,。

基因，作為承載遺傳信息的最基本單位,，直接或間接地控制著表觀性狀,，在普通六倍體小麥中，研究人員發(fā)現(xiàn)R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子Tamyb10基因能夠通過激活類黃酮與ABA生物合成相關(guān)基因來調(diào)控籽粒顏色和穗發(fā)芽抗性,。但在長期的馴化過程中,，大多數(shù)白粒小麥品種的Tamyb10 基因發(fā)生了突變，導(dǎo)致小麥種皮花青素不能正常積累而呈現(xiàn)白色種皮,。

其中,，Tamyb10-A1在內(nèi)含子處有2.2kb大片段T-DNA插入而失活，Tamyb10-D1為大片段丟失,，Tamyb10-B1基因在近88.6%的面包小麥品系中,，在第三外顯子處存在19bp缺失，該缺失導(dǎo)致開放閱讀框移碼,，蛋白翻譯提前終止,，而使蛋白功能喪失。

在這項研究中,，研究人員針對Tamyb10-B1 的19bp缺失位點設(shè)計特異性gRNA,，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)獲得Tamyb10-B1a基因的+1bp編輯植株，從而使白皮小麥中Tamyb10-B1a基因的19bp缺失導(dǎo)致的移碼突變精準(zhǔn)修復(fù)為18bp缺失,，進而使Tamyb10-B1基因恢復(fù)編碼蛋白的能力,。通過上述方法，研究人員成功地將白粒小麥轉(zhuǎn)化為紅粒小麥,，并提高了小麥的抗穗發(fā)芽能力,。除了籽粒顏色和抗穗發(fā)芽外，該基因編輯小麥在其他農(nóng)藝性狀上與對照品種沒有區(qū)別,。該方法可實現(xiàn)優(yōu)良白麥品種的快速改良,，而不需要經(jīng)過繁瑣的雜交聚合和回交。在我國普通栽培白麥品種中Tamyb10-B1基因的19bp缺失廣泛存在,，因此該方法將有助于快速培育具有穗發(fā)芽抗性的紅麥新品種,。

圖 | 基因編輯修復(fù)Tamyb10功能創(chuàng)制抗穗發(fā)芽紅麥

該研究成果以題為“CRISPR/Cas9-mediated restoration of Tamyb10 to create pre-harvest sprouting-resistant red wheat”的研究論文發(fā)表在國際生物技術(shù)著名期刊《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上，基因組所張翠軍研究員和中國農(nóng)科院作科所王軻副研究員為論文的通訊作者,?；蚪M所博士后朱義旺和福建省農(nóng)科院生物技術(shù)所林雅容博士為論文共同第一作者，同時感謝南方科技大學(xué)朱健康院士,、基因組所程時鋒研究員,、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所王鋒研究員,、中國農(nóng)科院作科所葉興國研究員、愛丁堡大學(xué)Justin Goodrich教授對本研究的指導(dǎo),。本研究得到國家重點研發(fā)計劃,、廣東省科學(xué)技術(shù)基金、國家自然科學(xué)基金,、中國博士后科學(xué)基金的資助,。

原文鏈接： https://doi.org/10.1111/pbi.13981

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張翠軍課題組介紹

張翠軍，研究員,，博導(dǎo),，農(nóng)科院青年英才。2010年碩博連讀畢業(yè)于河北師范大學(xué),，2010-2015年在北京生命科學(xué)研究所從事轉(zhuǎn)錄水平基因沉默分子機制研究,，2015-2019年在上海植物逆境中心和美國普渡大學(xué)從事異染色質(zhì)沉默分子機制研究。在 Nature Communications, The EMBO Journal, Cell Research, Plant Physiology, J Integr Plant Biol等國際一流期刊上發(fā)表多篇論文,。加入基因組所后,，其課題組利用基因組學(xué)、遺傳學(xué),、生化與分子生物學(xué)等多學(xué)科手段開展小麥基因編輯改良及抗赤霉病研究,。重點研究: 1) 小麥抗赤霉病基因挖掘；2) 禾谷鐮刀菌與小麥互作,；3)小麥基因編輯改良,。 本課題組長期招聘植物病原菌互作、植物基因編輯改良方向博士后,，歡迎有志于小麥抗病和基因編輯改良的小伙伴們加入我們,，聯(lián)系方式[email protected]。