9月10日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物分子育種技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于CRISPR/Cas建立了可高效定向基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控的技術(shù)工具，在活體卵細(xì)胞中激活了基因BABYBOOM （BBM） 的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了玉米母體細(xì)胞孤雌生殖。相關(guān)研究成果在《植物通訊（Plant Communications）》上在線發(fā)表。

 

　　基于CRISPR/Cas人工轉(zhuǎn)錄因子可對特定感興趣的目標(biāo)基因進(jìn)行表達(dá)調(diào)控。前人在動(dòng)植物中不斷完善了基于CRISPR/Cas系統(tǒng)靶標(biāo)基因表達(dá)調(diào)控體系。然而，在玉米活體中基于CRISPR的基因表達(dá)調(diào)控技術(shù)仍未見報(bào)道。另外，孤雌生殖是指從母體未受精的卵細(xì)胞生成胚胎直接繁殖后代的一種生殖方式，玉米孤雌生殖可形成單倍體，用于雙單倍體育種。

 

　　該團(tuán)隊(duì)基于CRISPR/dCas9基因編輯技術(shù)，融合了不同的轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)元件，研發(fā)了玉米高效基因表達(dá)調(diào)控工具，實(shí)驗(yàn)表明目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄水平可增加1.6-11.3倍，且靶向調(diào)控基因編輯窗口位于基因起始密碼子上游1~100bp區(qū)域基因激活能力最強(qiáng)。在上述技術(shù)基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計(jì)與構(gòu)建了卵細(xì)胞特異激活工具—CRISPRa5BBM，高效激活了ZmBBM2卵細(xì)胞表達(dá)；單細(xì)胞測序與原位雜交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明臨近的其它配子體細(xì)胞如助細(xì)胞、中央細(xì)胞和反足細(xì)胞中均沒鑒定到ZmBBM2轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，具有明確的卵細(xì)胞特異性。未受精的配子體表型分析結(jié)果表明，該突變可引起3.9%雙胚囊結(jié)構(gòu)；授粉后代分析結(jié)果表明，獲得的CRISPRa5BBM轉(zhuǎn)化株系中的母體單倍體最高可達(dá)3.6%。該研究建立了玉米母體細(xì)胞孤雌生殖基因工程技術(shù)，為單倍體誘導(dǎo)雙單倍體育種技術(shù)提供了一種母體自主單倍體發(fā)生技術(shù)途徑，具有重要的育種技術(shù)價(jià)值。

 

　　作科所博士后祁顯濤為該論文第一作者，謝傳曉研究員為該論文通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的支持。

 

　　文章在線鏈接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462（22）00286-3