基因编辑在植物方面的应用研究

　　基因编辑论文（专业热点范文8篇）之第五篇

　　摘要：基因编辑技术能够让人类对目标基因进行“编辑”, 实现对特定DNA片段的敲除、加入。本文主要综述基因编辑技术在增加植物抗性、改良作物品质、作物育种等方面的重要作用。

　　关键词：基因编辑,增加抗性,改良品质,作物育种

　　基因编辑技术中, 以ZFN (zinc-finger nucleases) 和TALEN (transcription activator-like effector nucleases) 为代表的序列特异性核酸酶技术以其能够高效率地进行定点基因组编辑, 在基因研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。CRISPR/Cas9是继ZFN、TALEN之后出现的第三代“基因组定点编辑技术”, 它主要由Cas9蛋白和单链RNA组成, 在RNA的引导下对目标基因进行编辑, 是科研、医疗领域的有效工具。

　　1 在植物领域中的应用

　　1.1 增加植物抗性

　　禾本科植物在保护草地资源和促进草地畜牧业可持续发展中发挥着重要作用, 但杂草极大地影响了饲草的产量和品质。禾本科植物中抗拿捕净除草剂的关键基因是乙酰辅酶A羧化酶 (ACCase) , 将CT区的一个异亮氨酸突变成亮氨酸, 就会改变其对拿捕净的抗性[1]。于东洋等通过构建ACCase的CRISPR/Cas9表达载体, 编辑燕麦的ACCase基因, 将关键位点由异亮氨酸突变为亮氨酸, 从而改变燕麦对拿捕净的抗性。经过载体构建、基因枪法转化以及对转化效率的计算, 结果表明, CRISPR/Cas9在转基因植株中能敲除ACCase基因, 虽表现出脱靶现象, 但该研究为继续进行燕麦基因组编辑工作提供了理论依据和创建方法。

　　1.2 改良作物品质

　　随着物质水平的提高, 人们更加追求食物的营养和健康, 低直链淀粉含量 (13%～18%) 和有香味的理想稻米尤其受消费者青睐。杨平等利用CRISPR/Cas9系统对Wx、Badh2 (fgr) 2个基因进行定突变, 构建2个双靶点CRISPR/Cas9载体[2]。结果表明, CRISPR/Cas9编辑水稻Wx、Badh2基因, 能成功获得较低直链淀粉含量、带有香味且能稳定遗传的突变体, 该实验为优质稻育种提供理论依据和新的种质资源。

　　1.3 作物育种

　　水稻杂交种子后代发生性状分离会失去其杂种优势, 我国每年花费大量人力、物力和财力制种, 为解决这一难题, 王克剑团队以籼粳杂交稻品种春优84为材料, 利用CRISPR/Cas9敲除了其中4个水稻生殖相关基因, 建立了无融合生殖性状, 研究出与杂交稻一样的克隆种子[3]。经进一步检测确定, 通过克隆种子培育的子代植株与一代杂交稻高度相似, 首次将杂交水稻优良性状稳定遗传到下一代, 从而实现杂种优势的固定。

　　1.4 其他

　　DUFs家族是一类未知功能结构域蛋白家族, 在分析转录谱和蛋白谱时发现, DUFs蛋白在生物的生长和发育中发挥着至关重要的作用。王荃等利用CRISPR/Cas9构建了水稻DUFs家族基因Os DUF393的载体, 并将该载体利用农杆菌介导的遗传转化法转化水稻品种中花11中, 对转基因植株的靶位点进行测序, 分析后发现有单碱基插入和大片段DNA序列缺失2种类型[4]。结果表明, CRISPR/Cas9重组载体定向编辑了Os DUF393基因, 这些编辑突变体材料为后续该基因功能研究奠定了基础。

　　2 展望

　　基因组编辑技术在优良品种中同时修改多个遗传位点可加速作物改良, 改善作物的多种性状, 如抗逆性、抗病和抗除草剂, 产量水平以及营养价值等。多重基因编辑可以在优良品种基础上快速改善多个性状, 对改善作物复杂农艺性状具有重要意义。随着高通量测序技术的发展, 植物基因组如雨后竹笋, 这些数据将为基因功能研究和通过基因组编辑改良作物提供便利。但植物基因组编辑仍面临巨大的挑战———同源重组效率低。在CRISPR系统和DNA双链断裂修复途径方面创新有可能解决这一问题, 未来可以应用基因组编辑技术实现优良品种以及其他重要商品作物转化, 满足日益增长的粮食需求的同时确保未来的世界粮食安全。

　　参考文献

　　[1]于东洋, 王凤梧, 融晓萍, 武志娟, 王鑫, 杨燕, 韩冰.利用CR ISPR/Cas9技术对燕麦乙酰辅酶A羧化酶 (ACCase) 基因的编辑[J/OL].分子植物育种:1-9[2019-03-22].
　　[2]杨平, 陈春莲, 姚晓云, 熊运华, 黄永萍, 胡标林, 尹建华.利用基因编辑技术改良水稻直链淀粉含量与香味[J/OL].分子植物育种:1-9[2019-03-22]..
　　[3]我科学家成功克隆出杂交稻种子[J].江西饲料, 2019 (01) :44.
　　[4]王荃, 石雨鹭, 邳瑞雪, 孔晓聪, 靳亚军, 梁闪闪, 张泗举, 栾维江.水稻OsDUF393基因编辑突变体的创建[J/OL].中国稻米, 2019 (02) :1-6[2019-03-22].