近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物精準(zhǔn)育種技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了一種高效、編輯范圍更廣的胞嘧啶和腺嘌呤雙堿基編輯融合系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對(duì)水稻內(nèi)源的OsEPSPS基因編碼區(qū)進(jìn)行近飽和突變，獲得了高抗草甘膦的水稻新型基因資源。本研究為通過人工進(jìn)化農(nóng)作物重要農(nóng)藝性狀基因，創(chuàng)制新型基因資源和新種質(zhì)，提供了重要技術(shù)支撐和有效工具。相關(guān)研究成果在《植物學(xué)報(bào)（Journal of Integrative Plant Biology）》在線發(fā)表。

 

　　近年來，由CRISPR/Cas系統(tǒng)衍生的植物基因組單堿基編輯技術(shù)體系，可以在不形成雙鏈DNA斷裂缺口（DSB）和無外源供體修復(fù)模板參與的情況下，在靶基因區(qū)實(shí)現(xiàn)胞嘧啶向胸腺嘧啶或腺嘌呤向鳥嘌呤的堿基替換，具有操作簡便、編輯效率高等優(yōu)勢，在農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種中發(fā)揮了重要作用。然而，該單堿基編輯技術(shù)尤其是雙堿基融合編輯系統(tǒng)在植物中的編輯效率依然非常低，迫切需要建立更高效、編輯范圍更廣的植物雙堿基融合編輯技術(shù)體系。

 

　　研究人員在原有單堿基編輯系統(tǒng)中融入不同來源的胞嘧啶和腺嘌呤脫氨酶，構(gòu)建了4個(gè)潮霉素代理的胞嘧啶和腺嘌呤雙堿基融合編輯系統(tǒng)STCBEs，通過對(duì)水稻內(nèi)源基因編輯效率的測試發(fā)現(xiàn)，其中的STCBE-2具有更高的編輯效率和較寬的編輯窗口。進(jìn)一步，該研究利用上述雙堿基融合編輯系統(tǒng)STCBE-2，針對(duì)水稻內(nèi)源OsEPSPS基因的保守結(jié)構(gòu)域和預(yù)測的草甘膦結(jié)合區(qū)域進(jìn)行定向進(jìn)化，在預(yù)測的草甘膦結(jié)合區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的OsEPSPS等位基因，該等位基因突變后，賦予了水稻抗田間推薦用量四倍的草甘膦耐受性。該研究為水稻以及其他作物重要農(nóng)藝性狀基因的定向進(jìn)化提供了有效工具，有望大大促進(jìn)農(nóng)作物定向遺傳改良的進(jìn)程。

 

　　中國農(nóng)科院作科所張臣博士為論文第一作者，夏蘭琴研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室揭榜掛帥重大項(xiàng)目、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部基因編輯創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（海南）和國家作物分子育種工程研究中心資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.13543