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科學家首創抗除草劑甘藍型油菜新種質

   日期:2020-03-02     來源:中國科學報    瀏覽:921    
  苯磺隆處理后野生型和P197S突變體的生長情況。揚州大學供圖
 
  雜草危害可使我國油菜籽產量下降15.8%,嚴重的田塊減產幅度可達50%以上。培育抗除草劑油菜新品種是增加油菜產量、實現油菜規模化種植的重要舉措。近日,《植物生物技術雜志》(Plant Biotechnology Journal)在線發表揚州大學教授王幼平團隊最新成果,首次報道在油菜中實現單堿基編輯,并成功對乙酰乳酸合成酶基因(ALS)進行編輯,創制出抗苯磺隆除草劑的油菜新種質。
 
  論文通訊作者王幼平介紹,基于CRISPR/Cas9的堿基編輯器已被成功用于多種植物,包括擬南芥、水稻、玉米、小麥和棉花等,但此前還沒有堿基編輯技術被應用于油菜的報道。
 
  ALS是植物和微生物中3種支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)生物合成的關鍵酶。噴施ALS類除草劑可使植物體內ALS活力降低,導致3種支鏈氨基酸合成受阻,植株生長受抑。已知ALS的某些氨基酸殘基的改變可以引起植物對ALS類除草劑的敏感性下降,從而產生對ALS類除草劑的抗(耐)性。
 
  異源四倍體甘藍型油菜中共有5個拷貝的ALS基因。通過轉錄組分析發現,只有BnALS1和BnALS3組成型表達,且兩者高度同源,與擬南芥AtALS氨基酸同源性達92.8%,是創制抗除草劑油菜的理想編輯靶點。
 
  研究人員在成功對BnALS1基因Pro197進行靶向突變,共獲得兩種類型的突變體,堿基編輯效率為1.8%。上述突變體可穩定遺傳,并在T1代即可獲得剔除T-DNA的純合突變材料。分別對野生型(轉基因受體材料)、純合突變體和雜合突變體噴施不同濃度的苯磺隆,發現野生型植株在較低濃度下就受到嚴重藥害,而 P197S純合突變體和雜合突變體在3倍于田間推薦噴施劑量的濃度下均未表現任何藥害癥狀,且純合突變體在更高劑量下仍然能存活。
 
  該研究還開發了該抗除草劑位點的特異功能分子標記,可用于油菜抗除草劑分子標記輔助選擇育種。
 
  相關論文信息:https://doi.org/10.1111/pbi.13368
 
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