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生物所开发出新一代作物精准育种“加速器”

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  近日,中国农业科学院生物技术研究所和华南农业大学的科研人员发现了一种基于单倍体诱导介导的基因组编辑技术(Haploid-Inducer mediated Genome Editing,IMGE),可精准加快作物育种的进程。相关研究成果在线发布在《分子植物(Molecular Plant)》上。鉴于该技术潜在的重大应用前景,《分子植物(Molecular Plant)》编辑部在同期发表亮点评述文章,认为IMGE技术与利用基因组编辑技术获得无融合生殖株系等技术有望成为新的下一代作物育种技术,预期在今后的作物育种中将得到广泛应用。

  众所周知,高产优质新品种是农业的基石,而传统的作物育种方法周期长、效率低。近年来,新的作物育种技术不断涌现,如单倍体技术、基因编辑技术等都可以在一定程度上加快作物育种进程,提高育种效率,但在应用中均存在不足。单倍体技术可实现作物基因型的短时间固定,但性状选择的方向难控制,盲目性较大。而以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术可以高效精准编辑DNA序列,实现优良性状的精准改良,但是受到育种材料遗传转化能力的限制,其应用需经过漫长的回交转育和大量的群体选择,费时费力,并且去除载体的过程还增加了育种的复杂性,限制了该技术在商业化育种中的应用效率。

  该研究巧妙的将单倍体诱导与CRISPR/Cas9基因编辑技术结合起来,成功实现了两者的优势互补。该方法先将CRISPR/Cas9载体导入单倍体诱导系中,并将携带有CRISPR/Cas9载体的单倍体诱导系作为父本与商业化自交系杂交,获得单倍体,然后根据目标性状的变化和测序分析筛选出靶位点被编辑的单倍体,最后通过人工或自然染色体加倍获得纯合的经过基因编辑的二倍体植株,从而实现在两代内创制性状改良且不含转基因成分的商业化玉米品种双单倍体(edited doubled Haploid, edited-DH line),大大加速了作物育种的进程。利用该技术,研究人员实现了在两个世代内对玉米骨干自交系B73中的ZmLG1(控制叶夹角)和UB2(控制雄穗分枝数)两个基因进行成功编辑,获得了这两个位点改造成功的单倍体和双单倍体,并通过检测证明编辑的双单倍体不含有CRISPR载体序列。

  该研究得到了国家重点研发计划项目等经费资助。(通讯员 崔艳)

 

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