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CRISPR/Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated Cas9)系统的建立,为基因组定点编辑提供了方便可行的方法,本论文采用CRISPR技术定点突变水稻的四个产量相关基因DEP1,Gn1a,Gs3,IPA1,然后通过自交将转入细胞的载体分离出去,获得具有高产性状的、不含外源基因的水稻品系,同时研究了利用CRISPR技术进行水稻基因组定点突变的特点。主要结果如下: 1、采用CRISPR技术,分别获得了27个DEP1突变株,其中包含11株纯合突变体;17个Gn1a突变株;23个Gs3突变株;11个IPA1突变株,其中包含3株纯合突变体;突变效率分别为625%,42.5%,57.5%,27.5%。 2、每个基因挑取10个突变株系进行靶位点测序,四个基因测序结果都表明:利用CRISPR技术获得的突变体,主要为移码突变,少部分为氨基酸的缺失突变;碱基突变类型多为碱基缺失,少部分为碱基插入,且小片段缺失多于大片段缺失。 3、将采用CRISPR技术获得的T1代进行种植,分别获得:27个DEP1纯合突变体植株,其中有6株不含有外源基因;12个Gn1a纯合突变体植株,其中有3株不含有外源基因;10个Gs3纯合突变体植株;13个IPA1纯合突变体植株,其中有4株不含有外源基因。 4、在T1代,DEP1突变体表现出穗变直立且短,籽粒密集且多,植株变矮,抗倒伏能力增强的优良性状;Gn1a突变体植株表现出穗大,高秆性状;Gs3突变体表现出籽粒变长、变重,颖壳有芒的性状;IPA1突变体表型分为两种:一种为植株分蘖减少,茎秆粗状,植株变高,穗型稠密的理想株型性状;另一种为分蘖增加,株高变矮,结实率差的性状。前一种突变为部分氨基酸缺失不影响IPA1蛋白活性,只是消除了OsmiR156作用位点处的碱基序列;后一种突变为移码突变,蛋白失去了活性。 5、通过对CRISPR技术作用的DEP1,Gn1a,Gs3,IPA1四种基因脱靶情况的检测,发现与DEP1,Gn1a和IPA1靶位点相似的基因组位点出现了脱靶。表明定点突变的特异性是由gRNA与基因组位点匹配碱基的数目及位置决定的,在设计CRISPR靶位点时应尽量选择特异性高的位点以避免脱靶发生。