東北地理所在利用基因編輯技術(shù)改良水稻品質(zhì)方面取得重要進(jìn)展
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對稻米品質(zhì)的要求越來越高，口感好、食味佳的長粒香米更易受到消費(fèi)者的青睞。傳統(tǒng)的育種主要是通過雜交和回交選育，試驗(yàn)周期漫長。與傳統(tǒng)育種相比，通過基因編輯技術(shù)，可以針對多個(gè)品質(zhì)性狀，高效而快速的改良稻米品質(zhì)，大大加速優(yōu)質(zhì)水稻品種的選育進(jìn)程。
稻米食味品質(zhì)主要由直鏈淀粉含量決定，適當(dāng)?shù)慕档椭辨湹矸酆浚梢燥@著提高食味品質(zhì)，水稻直鏈淀粉由Wx編碼的淀粉顆粒結(jié)合淀粉合成酶控制，在自然界中，天然的低直鏈淀粉基因資源非常少，需要?jiǎng)?chuàng)造新的低直鏈淀粉種質(zhì)資源，研究人員利用CBEs堿基編輯器，針對Wx基因構(gòu)建三個(gè)不同靶點(diǎn)的堿基編輯載體PBE-TS1、PBE-TS2和PBE-TS3，轉(zhuǎn)入粳稻品種日本晴中，獲得了Wxm5等7個(gè)突變體，其表觀直鏈淀粉含量均低于日本晴，連續(xù)分布于1.4%-11.9%之間，其中靶位點(diǎn)TS2創(chuàng)造的Wxm6、Wxm7和Wxm10材料的直鏈淀粉含量降低2-4%，但稻米幾乎完全透明，不影響稻米的外觀品質(zhì)（圖1A）。在此基礎(chǔ)上，研究人員對黑龍江省種植面積最大的粳稻品種綏粳18等材料的TS2位點(diǎn)進(jìn)行堿基編輯，所獲得的多個(gè)編輯材料，直鏈淀粉含量都下降大約2-4%（圖1B），說明即使遺傳背景不同，相同基因型突變體，其表觀直鏈淀粉含量變化趨勢是一致的。綜上所述，該研究通過對基因編碼區(qū)的單堿基編輯成功實(shí)現(xiàn)了直鏈淀粉含量的連續(xù)變異，為精準(zhǔn)、快速改良水稻品質(zhì)提供了新思路。
此外，針對東北稻米市場對長粒香米的迫切需求，利用基因編輯技術(shù)同時(shí)編輯粒型基因（GS3和GS9）及香味基因Badh2三個(gè)靶基因，在一年之內(nèi)，將普通圓粒品種改良為長粒香型品種（圖1C），大大加快了長粒香米的育種進(jìn)程。
圖1 基因編輯技術(shù)創(chuàng)制的低直鏈淀粉含量水稻與長粒香型水稻
以上成果分別由中科院東北地理所卜慶云團(tuán)隊(duì)與江蘇省農(nóng)科院楊杰團(tuán)隊(duì)、中科院遺傳所高彩霞團(tuán)隊(duì)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)鄒德堂和吳秀菊教授等合作完成，相關(guān)研究成果于2020年分別發(fā)表于《Plant Biotechnology Journal》，《Rice Science》與《中國水稻科學(xué)》雜志，東北地理所水稻分子育種學(xué)科組李秀峰助理研究員和卜慶云研究員分別為論文的共同第一作者和共同通訊作者，相關(guān)工作得到了科技部轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)和黑龍江省自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：
1.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13433
2.http://www.ricescience.org/CN/abstract/abstract9897.shtml
3.https://kns.cnki.net/kcms/detail/33.1146.s.20200416.1609.004.html
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