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基因編輯通過精確改良基因組實現(xiàn)變革型育種加速，CRISPR/Cas9技術(shù)常用于功能基因的無義突變從而獲得功能缺失型突變體。然而許多重要農(nóng)藝性狀的改良需要功能獲得型等位基因，使功能基因上調(diào)表達，即“基因敲高”。因此在不引入外源基因組片段的前提下，開發(fā)通過基因敲除獲得基因上調(diào)表達的新策略可以拓展現(xiàn)有的基因表達調(diào)控工具，為作物遺傳改良和種質(zhì)創(chuàng)新提高有力的技術(shù)支撐。

2023年11月09日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團隊在Plant Communications在線發(fā)表題為“Genome editing of 3'UTR-embeded inhibitory region enables to generate gene knock-up alleles in plants”的研究論文。該研究通過對植物功能基因3'非翻譯區(qū) (3' untranslated region, 3'UTR)中的負調(diào)控區(qū)域進行敲除，開發(fā)了一種能夠增加功能蛋白表達的新方法，并對水稻和擬南芥的3個基因進行改造，獲得性狀成功改良的植株。

3’UTR區(qū)域在真核生物基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和蛋白合成中發(fā)揮重要作用。因此該研究團隊推測通過基因敲除3’UTR負調(diào)控元件，從而創(chuàng)制靶標(biāo)蛋白水平升高和期望植物性狀的等位突變體。為了驗證該假設(shè)，研究團隊首先選取水稻中的低溫耐受基因OsLTI7，并通過雙熒光素酶實驗鑒定基因3’UTR上的負調(diào)控結(jié)合位點。接下來通過CRISPR/Cas9對負調(diào)控區(qū)域進行靶向編輯獲得純合片段缺失突變體OsLTT7^3'utr，發(fā)現(xiàn)突變體的mRNA表達量和蛋白含量顯著高于野生型，低溫脅迫處理發(fā)現(xiàn)OsLTT7^3'utr的存活率顯著高于野生型。該實驗結(jié)果說明，通過敲除OsLTI7基因3’UTR的負調(diào)控元件可以增加功能蛋白的富集度和低溫耐受性。此外利用該策略成功對水稻矮稈基因OOsSBI和擬南芥鹽脅迫耐受基因AtTPPD的“基因敲高”以及提高功能蛋白的相應(yīng)調(diào)控功能。

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圖1 通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)創(chuàng)制基因敲高等位基因來改良植物的性狀

因此，本研究通過提供一種無外源基因整合CRISPR/Cas9介導(dǎo)的方法用于在不同物種中實現(xiàn)“基因敲高”提供了育種策略。

—— 參考文獻 ——

Hongwen Wang, Dahan Zhang, Mingjiang Chen, et al. Genome editing of 30 UTR-embedded inhibitory region enables generation of gene knock-up alleles in plants[J]. Nature Communications, 2023.

北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺。中心建立了基因克隆和載體平臺、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺、表型鑒定分析平臺、數(shù)據(jù)分析和利用平臺等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺，是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺。

基因編輯服務(wù)

為了縮短您的育種進程，提高您的育種成功率，北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心將為您提供水稻基因編輯服務(wù)。本方案利用基因編輯酶系統(tǒng)編輯供試材料的目的基因，在不改變其他基因的情況下迅速獲取一批目的基因缺失型突變體。解決傳統(tǒng)雜交選育中存在的周期長，基因連鎖等難題。

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