亞林所：毛竹遺傳轉化和基因編輯技術(shù)獲突破性進(jìn)展

毛竹基因組測序已于2013年完成，通過(guò)多種組學(xué)手段挖掘出大量與重要經(jīng)濟性狀相關(guān)的候選基因。但由于缺乏穩定的遺傳轉化體系，目前尚未有基因在毛竹體內得以驗證。

近日，中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)亞林所)在毛竹遺傳轉化和基因編輯技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，并在線(xiàn)發(fā)表于《植物科學(xué)前沿》(Frontiers in Plant Science)。該研究成果利用毛竹未成熟胚為外植體誘導愈傷組織和不定芽分化，建立了高效離體再生及遺傳轉化體系。在此基礎上，通過(guò)啟動(dòng)子優(yōu)化成功實(shí)現了CRISPR/Cas9技術(shù)在毛竹基因組中的精準編輯。

論文通訊作者、亞林所副研究員喬桂榮說(shuō)，竹子是重要的森林資源之一，具有非常重要的生態(tài)、經(jīng)濟和文化價(jià)值。由于竹類(lèi)植物特殊的開(kāi)花生物學(xué)特性，很難通過(guò)有性雜交育種，主要依賴(lài)于自然變異選育新品種。

項目組在前期已建立了叢生竹代表竹種麻竹的花藥培養體系，于2014年首次實(shí)現了麻竹轉基因技術(shù)體系的建立和應用，并獲得了全球首例竹子轉基因中間試驗許可。

“毛竹為散生竹代表竹種，在繁殖及生長(cháng)習性方面與叢生竹中有所不同，其離體再生體系較叢生竹難度更大。”喬桂榮說(shuō)，利用毛竹成熟胚可以誘導愈傷組織并分化出不定芽，但仍存在外植體滅菌困難、再生頻率低等問(wèn)題。

因此，建立高效的毛竹遺傳轉化和基因編輯體系，鑒定調控毛竹重要經(jīng)濟性狀的基因功能，并利用轉基因手段獲得目的性狀改良的新品種，在解析調控毛竹重要經(jīng)濟性狀的分子機理、推進(jìn)毛竹分子育種進(jìn)程等方面具有重要意義。

論文共同第一作者、亞林所研究員卓仁英說(shuō)，該研究成果利用毛竹未成熟胚為外植體，通過(guò)不同激素濃度組合處理，最終獲得了愈傷組織誘導率和不定芽分化率分別超過(guò)60%和40%的最佳培養基。通過(guò)對遺傳轉化條件如抗生素篩選濃度、菌液侵染濃度、侵染時(shí)間和方式等進(jìn)行優(yōu)化，轉化率可達5%左右。

研究還克隆了2個(gè)毛竹內源U3 SnRNA啟動(dòng)子，通過(guò)與水稻U3啟動(dòng)子比較分析，發(fā)現PeU3.1啟動(dòng)子驅動(dòng)的sgRNA顯示出更高的編輯效率，進(jìn)而用于毛竹基因組編輯。研究以八氫番茄紅素脫氫酶基因(PDS)為例，在四個(gè)拷貝序列中設計了保守sgRNA位點(diǎn)，結果顯示85.7%的再生植株在該sgRNA位點(diǎn)發(fā)生了突變，主要以缺失突變?yōu)橹鳎?2.9%的再生植株為pds1pds2純合突變體，表現為白化表型。

該研究建立了較高的毛竹離體再生體系，在毛竹遺傳轉化技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展，成功將CRISPR/Cas9技術(shù)應用于毛竹并實(shí)現了精準編輯，將極大地推動(dòng)毛竹基因功能研究及轉基因育種研究進(jìn)程。

該研究獲得“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國林業(yè)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費的資助。研究結果獲得授權國家發(fā)明專(zhuān)利1件。(作者：李晨 )

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