近日，JIPB在線發(fā)表了華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉耀光/郭晶心團隊題為“Directional improvement of agronomic traits in salt-tolerant rice by multiplex-genome-editing”的研究論文，成功利用多基因編輯技術(shù)實現(xiàn)了海稻多性狀快速改良。
全球變暖加劇了土壤鹽漬化，大幅度降低作物產(chǎn)量。種植耐鹽作物是鹽漬化土壤修復(fù)和利用的主要途徑。海稻86 (SR86) 是優(yōu)良的水稻耐鹽品種，由古老秈稻材料馴化而來，但仍具有部分野生性狀，如高桿易倒伏、長芒、易落粒、強感光、產(chǎn)量低等，限制了其推廣應(yīng)用。
研究設(shè)計了快速改良海稻86的技術(shù)路線，整個過程分為3步：第一步，明確海稻86需改良的10個性狀；第二步，測序性狀控制基因，選擇了13個目標(biāo)性狀控制基因并設(shè)計靶點，構(gòu)建多基因編輯載體，遺傳轉(zhuǎn)化海稻86；第三步，對T0植株進行高通量靶點測序和分析，T0植株間雜交和后代選擇，篩選出育性好，編輯基因數(shù)目最多，且沒有T-DNA插入的純合株系SR86M。SR86M中13個基因均發(fā)生了突變，其中9個基因發(fā)生了預(yù)期的突變，7個性狀得到改良：株高降低、株型改良、粒型細長、粒數(shù)增加、感光性削弱、香味和氮肥利用率增加，更加適合規(guī)模化種植，而且耐鹽性與SR86類似。研究證明了多基因編輯是快速高效改良作物的有效策略，是創(chuàng)制作物新型種質(zhì)資源的有效途徑。
圖1. 海稻 (SR86) 與海稻改良 (SR86M) 系株型性狀
Figure 1. Phenotypic features of the salt-tolerant rice variety SR86 and the roadmap for rapidly improving SR86.
(A–F) Plant phenotype, panicle, and grains of SR86 and the modern cultivated rice (Oryza sativa.). Whole plant (A, B), panicles (C, D), awn length and grain width (E), and (F) grain length. Scale bars indicate 20 cm (A, B), 5 cm (C, D), and 2 cm (E, F).
(G) Roadmap for the rapid improvement of SR86.
(H) Schematic diagrams of sgRNA arrangement in the binary vectors. Vectors A and B are the two binary vectors used in this study for manipulating SR86.
在讀博士生郝雨與許冰群為論文共同第一作者，農(nóng)學(xué)院劉耀光院士和郭晶心研究員為論文共同通訊作者，揚州大學(xué)宗伍輩博士對研究提供了幫助。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重大專項、“十四五”農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大重點公開競爭項目、廣東未來作物精準(zhǔn)育種基礎(chǔ)研究中心重大項目的資助。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13926
文圖/農(nóng)學(xué)院
