利用CRISPR/Cas9技术对水稻OsPINs和OsARFs成员进行基因编辑的研究

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CRISPR/Cas9技术能够精确地对基因组的靶标部位进行编辑,可以精准地对靶标基因进行编辑,自2013年第一次实现应用后,已广泛地应用于自然界中许多物种,包括植物的基因功能研究。与传统的基因编辑技术相比该技术更加精准、高效和简便,同时敲除效率也更高,且成本远低于其它基因编辑技术,对于大部分实验室非常实用。该技术的诞生为植物基因工程研究提供了新的方法和思路。为了研究细胞内生长素是如何运输出去并参与调控植物的生长发育过程,我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,对水稻中的OsPINs家族基因和OsARFs家族中的OsARF1、OsARF8和OsARF10进行了敲除。通过对基因结构分析,设计出相应的特异性靶点,然后利用CH载体(OsPINs)和pBIN-sgRNA-Cas9-Os载体(OsARFs)分别构建出相应的CRISPR表达载体,通过农杆菌介导转化水稻粳稻品种9522。基于CH载体的OsPINs家族,我们未能成功获得突变体。而基于pBIN-sgRNA-Cas9-Os载体的OsARF1、OsARF8和OsARF10,我们从潮霉素抗性筛选出的28株转基因植株中鉴定得到OsARF8的一种杂合突变类型(共计6棵),该杂合突变类型osarf8-1在外显子第174号碱基处缺失了一个C碱基,导致其对应的第7个氨基酸由亮氨酸(Leu)变成色氨酸(Trp),并使随后的氨基酸序列发生移码突变,并且提前终止于第123个氨基酸。因为OsARF8蛋白DBD功能域位于DBD的120~222个氨基酸,该突变导致DBD功能域的缺失,我们推测ARF8蛋白的功能将发生异常。此外,我们还获得了OsARF10的CRISPR/Cas杂合突变体osarf10-1。Osarf10-1共计7株,外显子第35-37位的AGG三个碱基发生了缺失。导致对应的第12个氨基酸由谷氨酸(Glu)变成天冬氨酸(Asp),第13位的甘氨酸(Gly)变成天冬氨酸(ASP),其后的氨基酸序列均不受影响。因为该突变体并未引起移码突变,且突变位置不在DBD结构域上,所以我们推测osarf10-1突变体的表型可能并不明显。本研究成功利用CRISPR/Cas9基因编辑技术精确地敲除了水稻OsARF8和OsARF10基因,为进一步研究OsARF8和OsARF10基因功能提供了重要的试验材料。
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