近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所周煥斌團(tuán)隊(duì)提出并應(yīng)用單堿基編輯技術(shù)（BEMGE）介導(dǎo)的植物內(nèi)源基因定向進(jìn)化技術(shù)，借此開發(fā)出具有除草劑抗性的水稻新種質(zhì)，助力農(nóng)作物精準(zhǔn)分子育種。

 

　　據(jù)了解，該研究通過BEMGE技術(shù)發(fā)掘出不同農(nóng)藝性狀及強(qiáng)度的等位基因，預(yù)示人類可定向進(jìn)化各農(nóng)作物重要性狀的基因，進(jìn)而掀開了農(nóng)作物精準(zhǔn)分子育種的新篇章。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子植物(Molecular plant)》上。

 

　　在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，野生植物中多個(gè)關(guān)鍵基因上偶然出現(xiàn)的優(yōu)良性狀逐漸留傳，最終形成現(xiàn)代作物。然而，依靠基因緩慢的自然變異速率，無(wú)法滿足當(dāng)今人類社會(huì)對(duì)農(nóng)作物快速增長(zhǎng)的需求。因此，周煥斌團(tuán)隊(duì)在前期開發(fā)一系列單堿基編輯器基礎(chǔ)之上，提出了單堿基編輯技術(shù)介導(dǎo)的水稻內(nèi)源靶標(biāo)基因的定向進(jìn)化技術(shù)理念，在水稻細(xì)胞內(nèi)人工模擬自然界基因的長(zhǎng)期進(jìn)化過程，短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)制成千上萬(wàn)個(gè)靶基因的新等位基因材料，用于育種篩選。

 

 

　　該研究根據(jù)BEMGE原理，針對(duì)水稻除草劑基因OsALS1，設(shè)計(jì)了63條sgRNA進(jìn)行覆蓋，通過基因槍和農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化將sgRNA庫(kù)和水稻單堿基編輯器rBE9與rBE14同時(shí)轉(zhuǎn)入水稻細(xì)胞中。結(jié)果表明OsALS1基因產(chǎn)生了大量變異。通過除草劑抗性篩選，成功鑒定出4個(gè)自然界中未曾被發(fā)現(xiàn)的、對(duì)除草劑具有不同抗性程度的新等位基因；并通過單堿基編輯技術(shù)，成功將變異位點(diǎn)P171F引入到水稻生產(chǎn)品種南粳46中，將其升級(jí)為通過苗期一、兩次施藥，生育期田間無(wú)雜草發(fā)生的“潔田稻”。

 

　　(單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所 )