单碱基修改小麦基因组,引入优良性状
学术经纬 · 2019/04/16
通过CRISPR单碱基编辑技术,科学家成功在小麦内引入了耐除草剂的优良性状,有望帮助农民解决杂草带来的问题。

本文转载自“学术经纬”。

今日,《自然》杂志子刊,植物学领域的知名期刊《Nature Plants》上刊登了一篇由中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋课题组与高彩霞课题组,以及中国农业大学姜临建课题组联合带来的研究论文。通过CRISPR单碱基编辑技术,这支团队成功在小麦内引入了耐除草剂的优良性状,有望帮助农民解决杂草带来的问题。


在中国,种植小麦的农民往往会遭遇一种叫做“节节麦”(goatgrass,Aegilops tauschii)的恶性杂草。这种杂草从亲缘关系上看与小麦非常接近,因此难以去除。目前,中国唯一获批能用于清除节节麦的除草剂是甲磺胺磺隆(mesosulfuron),但它也同样会对小麦造成损伤,实用性有所受限。

人们也曾想过用其他除草剂来治理节节麦。譬如咪唑啉类除草剂可以消灭节节麦,而且有些小麦品种能对其产生耐受。然而这种具有毒性的除草剂能在土壤中停留数月乃至数年的时间,这就会限制这片土地的利用率,让它们无法用于其他敏感作物的种植。为此,研究人员们一直在寻找具有特定优良性状的小麦,让它可以耐受一些低危害,且能杀伤节节麦的除草剂。


▲经过基因编辑,研究人员们带来了能够耐受烟嘧磺隆(nicosulfuron)的小麦(图片来源:IGDB)

这正是本篇论文的突破所在。这支联合团队利用先进的CRISPR单碱基编辑技术,对高产小麦品种“科农199”进行了基因编辑。具体来看,对小麦乙酰乳酸合成酶(ALS)基因的编辑,让其能够耐受烟嘧磺隆(nicosulfuron)。这是一种低危害的除草剂,不会像咪唑啉类除草剂那样影响后续种植的植物,因此有着重要的实用价值。

此外,研究人员们还做了另外一些能耐受除草剂的修饰。譬如倘若同时修饰ALS基因的两个关键位点,就能使小麦耐受甲咪唑烟酸(imazapic),且耐受幅度为田间用量的3-5倍!而对乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)的修饰,则能让小麦耐受另一种除草剂喹禾灵(quizalofop)。


▲这一研究对于优良性状的小麦培育有着重要意义(图片来源:Pixabay)

这些结果不仅带来了具有优良耐除草剂性状的小麦,还有望指导未来的研究。科学家们指出,他们发现的一些位点在不同植物种类中均保守存在。类似的位点也可以用于其他耐除草剂植物的培育。

正如研究人员们在论文的摘要中指出的那样,他们带来的这个系统有潜力能大大促进单碱基编辑在作物改良中的应用。

参考资料:

[1] Rui Zhang et al., (2019), Generation of herbicide tolerance traits and a new selectable marker in wheat using base editing, Nature Plants,

[2] CRISPRed wheat helps farmers control weeds, Retrieved April 15, 2019,  

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