介紹1項(xiàng)目前應(yīng)用廣泛的基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9。CRISPR是細(xì)菌有效防止病毒和噬菌體侵入的手段。在sg RNA的指導(dǎo)下,Cas9定點(diǎn)切割DNA,導(dǎo)致雙鏈DNA斷開(kāi),隨即可以直接對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因編輯。CRISPR/Cas9是一種創(chuàng)造性的分析和編輯植物基因序列的新技術(shù)。其高效性和快捷性對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大的發(fā)展意義�？茖W(xué)家可以利用其高度靶向的特點(diǎn)對(duì)基因進(jìn)行定位和編輯,在不改變作物農(nóng)藝性狀的同時(shí)優(yōu)化它們的產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。 

【文章來(lái)源】：福建熱作科技. 2019,44(02)

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【部分圖文】：

CRISPR/Cas9系統(tǒng)在植物中的工作原理

第44卷福建熱作科技Vol.44No.2第2期FujianScience&TechnologyofTropicalCrops2019411.2.1基因組序列編輯在DSB修復(fù)過(guò)程中，利用CRISPR/Cas9編輯DNA序列，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組序列的編輯。DSB是通過(guò)Cas9和具有特異性的gRNA剪切基因組時(shí)在設(shè)計(jì)好的靶位點(diǎn)處產(chǎn)生的（圖1）。（1）靶向基因敲除：靶向基因敲除可以通過(guò)引入Indel來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法是通過(guò)NHEJ對(duì)Cas9和gRNA在切割靶位點(diǎn)后形成的DSB進(jìn)行修復(fù)時(shí)，靶基因蛋白翻譯錯(cuò)誤，從而基因功能遭到破壞；CRISPR/Cas9技術(shù)則是直接通過(guò)使用Cas9和gRNA準(zhǔn)確刪除DNA（圖2）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方法相比插入Indel更加精準(zhǔn)快捷，是最實(shí)用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術(shù)可以通過(guò)DSB的同源重組修復(fù)（圖1）實(shí)現(xiàn)在植物的染色體上特異性敲入或替換某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位點(diǎn)后，同源的DNA供體重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控CRISPR/Cas9技術(shù)不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結(jié)合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術(shù)的關(guān)鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應(yīng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應(yīng)用2.1在糧食作物育種中的具體應(yīng)用2.1.1水稻（1）稻米香味改良：Badh2是水稻中的致香基因。利用CRISPR/Cas9技術(shù)編輯氣味基因Badh2，后代為基因突變植物。鑒別并分析后代基因突變植株個(gè)體，獲取其中已經(jīng)去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個(gè)體。該突變個(gè)體中Badh2RNA的數(shù)量明

是最實(shí)用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術(shù)可以通過(guò)DSB的同源重組修復(fù)（圖1）實(shí)現(xiàn)在植物的染色體上特異性敲入或替換某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位點(diǎn)后，同源的DNA供體重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控CRISPR/Cas9技術(shù)不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結(jié)合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術(shù)的關(guān)鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應(yīng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應(yīng)用2.1在糧食作物育種中的具體應(yīng)用2.1.1水稻（1）稻米香味改良：Badh2是水稻中的致香基因。利用CRISPR/Cas9技術(shù)編輯氣味基因Badh2，后代為基因突變植物。鑒別并分析后代基因突變植株個(gè)體，獲取其中已經(jīng)去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個(gè)體。該突變個(gè)體中Badh2RNA的數(shù)量明顯下降，突變體谷粒中的香氣顯著增強(qiáng)。香稻育種在CRISPR/Cas9技術(shù)的推動(dòng)下，發(fā)展前景樂(lè)觀[6]。（2）糯性改良：顆粒淀粉合成酶在Wx基因的編輯下功能完全缺失時(shí)，秈稻、粳稻轉(zhuǎn)為糯稻。利用CRISPR/Cas9技術(shù)獲得的糯稻，糯性品質(zhì)優(yōu)良，而且其他形態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能并沒(méi)有發(fā)生顯著的變化[7]。（3）抗咪唑類除草劑基因改良：通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)編輯由突變而成的乙酰乳酸合酶，擁有對(duì)含嘧啶羧酸成分的除草劑很高的專一抵抗力，從而獲得抗除草劑的能力。（4）鎘低積累改良：利用CRISPR/Cas9與雜種優(yōu)勢(shì)利用的整合，可以改良水稻的農(nóng)藝性狀，快速準(zhǔn)確的培育出不攜帶外源基因的水稻個(gè)體。獲得的雜交稻的株高、產(chǎn)量、生育期

【參考文獻(xiàn)】：
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