近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)了一種基于單倍體誘導(dǎo)介導(dǎo)的基因組編輯技術(shù)(Haploid-Inducer mediated Genome Editing,IMGE),可精準(zhǔn)加快作物育種的進(jìn)程。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)布在《分子植物(Molecular Plant)》上。鑒于該技術(shù)潛在的重大應(yīng)用前景,《分子植物(Molecular Plant)》編輯部在同期發(fā)表亮點(diǎn)評(píng)述文章,認(rèn)為IMGE技術(shù)與利用基因組編輯技術(shù)獲得無(wú)融合生殖株系等技術(shù)有望成為新的下一代作物育種技術(shù),預(yù)期在今后的作物育種中將得到廣泛應(yīng)用。
眾所周知,高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種是農(nóng)業(yè)的基石,而傳統(tǒng)的作物育種方法周期長(zhǎng)、效率低。近年來(lái),新的作物育種技術(shù)不斷涌現(xiàn),如單倍體技術(shù)、基因編輯技術(shù)等都可以在一定程度上加快作物育種進(jìn)程,提高育種效率,但在應(yīng)用中均存在不足。單倍體技術(shù)可實(shí)現(xiàn)作物基因型的短時(shí)間固定,但性狀選擇的方向難控制,盲目性較大。而以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術(shù)可以高效精準(zhǔn)編輯DNA序列,實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性狀的精準(zhǔn)改良,但是受到育種材料遺傳轉(zhuǎn)化能力的限制,其應(yīng)用需經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的回交轉(zhuǎn)育和大量的群體選擇,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,并且去除載體的過(guò)程還增加了育種的復(fù)雜性,限制了該技術(shù)在商業(yè)化育種中的應(yīng)用效率。
該研究巧妙的將單倍體誘導(dǎo)與CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)結(jié)合起來(lái),成功實(shí)現(xiàn)了兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。該方法先將CRISPR/Cas9載體導(dǎo)入單倍體誘導(dǎo)系中,并將攜帶有CRISPR/Cas9載體的單倍體誘導(dǎo)系作為父本與商業(yè)化自交系雜交,獲得單倍體,然后根據(jù)目標(biāo)性狀的變化和測(cè)序分析篩選出靶位點(diǎn)被編輯的單倍體,最后通過(guò)人工或自然染色體加倍獲得純合的經(jīng)過(guò)基因編輯的二倍體植株,從而實(shí)現(xiàn)在兩代內(nèi)創(chuàng)制性狀改良且不含轉(zhuǎn)基因成分的商業(yè)化玉米品種雙單倍體(edited doubled Haploid, edited-DH line),大大加速了作物育種的進(jìn)程。利用該技術(shù),研究人員實(shí)現(xiàn)了在兩個(gè)世代內(nèi)對(duì)玉米骨干自交系B73中的ZmLG1(控制葉夾角)和UB2(控制雄穗分枝數(shù))兩個(gè)基因進(jìn)行成功編輯,獲得了這兩個(gè)位點(diǎn)改造成功的單倍體和雙單倍體,并通過(guò)檢測(cè)證明編輯的雙單倍體不含有CRISPR載體序列。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。(通訊員 崔艷)