瞬时表达CRISPR/Cas9 DNA介导小麦基因组编辑的研究

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CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术已在多种植物中得到广泛应用,但常规的基因组编辑技术使得CRISPR/Cas9表达载体整合在植物基因组中,从而延长基因的表达时间并增强脱靶效应。针对这个问题,本研究以六倍体普通小麦和四倍体硬粒小麦为材料,优化了CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术,建立了一种新的通过瞬时表达CRISPR/Cas9 DNA而高效突变目标基因的技术(transient expression ofCRISPR/Cas9 DNA based genome editing技术,以下简称TECCDNA-GE技术),获得了突变位点清晰、无外源基因整合、千粒重显著提高、具有育种应用价值的后代材料。  TECCDNA-GE技术的核心步骤是:1)构建Cas9以及sgRNA的高效表达载体;2)将Cas9/sgRNA载体DNA引入小麦幼胚,在无筛选压力的培养基上再生T0植株;3)高通量分析T0植株中目标基因突变情况,鉴定出突变位点清晰、无外源基因整合的T0突变体;4)自交T0突变植株,对后代进行农艺性状分析。应用该技术对两个六倍体小麦品种的4个基因(TaGASR7、TaG W2、TaNAC2、TaPIN1)进行了编辑,突变效率为1.0-5.0%;对两个四倍体小麦品种的一个基因(TdGASR7)进行了编辑,突变效率均高于1.0%。所有的突变均能够稳定地遗传到后代。将TECCDNA-GE技术与常规的基因组编辑方法进行平行比较,发现前者的突变效率(3.3%)与后者的突变效率(3.0%)相当。  分析突变体自交后代,发现TaGASR7基因三个近缘拷贝(homoeologous copy)同时缺失的突变体(tagasr7-aabbdd)的千粒重较野生型对照显著提高。对TaGW2基因突变后代的分析表明,分别突变其B、D基因组的近缘拷贝或同时突变其B、D基因组的近缘拷贝也有利于千粒重的提高,这些突变体资源在改良小麦产量性状中具有潜在应用价值。
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