MOL PLANT | 张永亮/王延鹏合作在小麦基因组编辑递送系统研究中取得新进展
发布日期:2021-07-17 浏览次数:  信息来源:8455新葡萄娱乐场网站


植物基因编辑的一个关键步骤是Cas9蛋白和sgRNA递送到植物细胞中发挥作用, 目前植物中的递送方式主要有农杆菌和基因枪转化两种,需要通过较长时间组织培养和再生才能获得完整的突变体植株。然而,组织培养和再生仍然是植物基因编辑的限速步骤,对于一些单子叶植物,尤其对于包含庞大且复杂的六倍体基因组的普通小麦,其基因编辑尤为困难开发无需组织培养且不受基因型限制的递送系统是植物基因组编辑需要解决的关键技术问题。

国农业大学张永亮研究组与中国科学院遗传与发育生物学研究所王延鹏研究组合作开发了基于大麦条纹花叶病毒 (BSMV) sgRNA递送载体系BSMV-sg, 在小麦中成功建立高效、可遗传、不需要组织培养基因编辑递送系统该研究将sgRNA搭载到BSMVγ上构建出BSMVγ-sg系统,通过利用移动RNA元件(mAtFT, mTaFT以及tRNA) sgRNA进行修饰, 以期促进BSMV病毒向分生组织细胞的移动能力来提高可遗传的编辑效率。结果表明,不修饰的BSMVγ-sg对小麦叶片中具有较高的侵染能力和编辑活性。进一步将BSMV-sg系统对三小麦Cas9表达品种三个基因分别进行编辑, 发现BSMV-sg能够在病毒侵染植株的后代获得高效的可遗传突变效率为12.9%-100%,且纯和突变体效率为1.6%-7.7%。此外,发现超过53.8%的突变体后代均不含病毒 (virus-free)通过混合含有多个靶点BSMV-sg农杆菌并侵染小麦, 可实现多基因编辑最后,将BSMV-sg侵染的Cas9转基因小麦花粉与野生型小麦进行杂交, F2代可获得不含Cas9 (Cas9-free) 的突变体后代。BSMV-sg介导的小麦基因组编辑递送系统具有高效、低成本、无需组织培养和再生过程的特点可应用于小麦大规模高通量基因组编辑,为小麦功能基因研究和分子设计育种提供重要技术支持。

该项研究成果于2021715Research article形式在线发表于Molecular Plant杂志(DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.07.010)。中国农业大学为第一单位,中科院遗传发育所博士李停栋和中国农业大学博胡佳成为该论文的共同第一作者中科院遗传发育所青年研究员王延鹏和中国农业大学张永亮教授为该论文的共同通讯作者,李大伟教授和高彩霞研究员参与了本研究。该研究得到了中国科学院战略性先导专项A、国家自然科学基金农业生物技术国家重点实验室开放课题等项目的资助

 

 

 

1BSMV介导高效小麦基因编辑递送系统

A. BSMV基因编辑载体示意图; B. BSMV-sg介导的小麦基因组编辑流程示意图; C. BSMV-sg实现高效的可遗传编辑;D. BSMV-sg诱导小麦TaPDS靶基因突变并呈现叶片白化表型。

 

文章链接:DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.07.010


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