利用CRISPR/Cas9基因編輯技術優(yōu)化作物育種
發(fā)布時間：2022-01-16 10:20
介紹1項目前應用廣泛的基因編輯技術CRISPR/Cas9。CRISPR是細菌有效防止病毒和噬菌體侵入的手段。在sg RNA的指導下,Cas9定點切割DNA,導致雙鏈DNA斷開,隨即可以直接對細胞進行基因編輯。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。其高效性和快捷性對農業(yè)生產具有重大的發(fā)展意義�？茖W家可以利用其高度靶向的特點對基因進行定位和編輯,在不改變作物農藝性狀的同時優(yōu)化它們的產量、營養(yǎng)品質和對環(huán)境的適應性。
【文章來源】：福建熱作科技. 2019,44(02)
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
CRISPR/Cas9系統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修復過程中，利用CRISPR/Cas9編輯DNA序列，即可實現對基因組序列的編輯。DSB是通過Cas9和具有特異性的gRNA剪切基因組時在設計好的靶位點處產生的（圖1）。（1）靶向基因敲除：靶向基因敲除可以通過引入Indel來實現，這種方法是通過NHEJ對Cas9和gRNA在切割靶位點后形成的DSB進行修復時，靶基因蛋白翻譯錯誤，從而基因功能遭到破壞；CRISPR/Cas9技術則是直接通過使用Cas9和gRNA準確刪除DNA（圖2）來實現的，這種方法相比插入Indel更加精準快捷，是最實用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術可以通過DSB的同源重組修復（圖1）實現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靶向基因轉錄調控CRISPR/Cas9技術不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術的關鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應蛋白轉運到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應用2.1在糧食作物育種中的具體應用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體，獲取其中已經去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個體。該突變個體中Badh2RNA的數量明
是最實用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術可以通過DSB的同源重組修復（圖1）實現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靶向基因轉錄調控CRISPR/Cas9技術不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術的關鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應蛋白轉運到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應用2.1在糧食作物育種中的具體應用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體，獲取其中已經去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個體。該突變個體中Badh2RNA的數量明顯下降，突變體谷粒中的香氣顯著增強。香稻育種在CRISPR/Cas9技術的推動下，發(fā)展前景樂觀[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，秈稻、粳稻轉為糯稻。利用CRISPR/Cas9技術獲得的糯稻，糯性品質優(yōu)良，而且其他形態(tài)和經濟功能并沒有發(fā)生顯著的變化[7]。（3）抗咪唑類除草劑基因改良：通過CRISPR/Cas9技術編輯由突變而成的乙酰乳酸合酶，擁有對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)勢利用的整合，可以改良水稻的農藝性狀，快速準確的培育出不攜帶外源基因的水稻個體。獲得的雜交稻的株高、產量、生育期
【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用CRISPR/Cas-9技術創(chuàng)制水稻溫敏核不育系[J]. 吳明基,林艷,劉華清,陳建民,付艷萍,楊紹華,王鋒. 福建農業(yè)學報. 2018(10)
[2]全球變暖或導致人類糧食危機[J]. 沈鳳斌. 生態(tài)經濟. 2018(08)
[3]CRISPR/Cas基因編輯技術及其在作物育種中的應用[J]. 鄭紅艷,王磊. 生物技術進展. 2018(03)
[4]新型基因編輯技術發(fā)展及在植物育種中的應用[J]. 王艷芳,蘇婉玉,曹紹玉,張琳,呂霞,張應華,許俊強. 西北農業(yè)學報. 2018(05)
[5]CRISPR/Cas9介導基因組編輯培育糯稻不育系WX209A[J]. 馮璇,王新,韓悅,白德朗,許可,劉芳,覃寶祥,羅繼景,韋政,邱永福,李容柏. 基因組學與應用生物學. 2018(04)
[6]聯合國糧農組織:全球糧食安全危機依然嚴峻[J]. 糧食科技與經濟. 2018(03)
[7]應用CRISPR/Cas9系統編輯水稻SBE3基因獲得高抗性淀粉水稻新品系[J]. 白建江,張建明,樸鐘澤,方軍,李剛燮,王亞,楊瑞芳. 分子植物育種. 2018(05)
[8]基因組編輯技術應用于作物遺傳改良的進展與挑戰(zhàn)[J]. 王福軍,趙開軍. 中國農業(yè)科學. 2018(01)
[9]CRISPR/Cas9編輯棉花精氨酸酶基因促進側根形成和發(fā)育[J]. 王艷玲,孟志剛,李妍妍,孟釗紅,王遠,孫國清,朱濤,梁成真,蔡永萍,郭三堆,張銳,林毅. 中國科學:生命科學. 2017(11)
[10]植物CRISPR基因組編輯技術的新進展[J]. 李紅,謝卡斌. 生物工程學報. 2017(10)
本文編號：3592465
【文章來源】：福建熱作科技. 2019,44(02)
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
CRISPR/Cas9系統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修復過程中，利用CRISPR/Cas9編輯DNA序列，即可實現對基因組序列的編輯。DSB是通過Cas9和具有特異性的gRNA剪切基因組時在設計好的靶位點處產生的（圖1）。（1）靶向基因敲除：靶向基因敲除可以通過引入Indel來實現，這種方法是通過NHEJ對Cas9和gRNA在切割靶位點后形成的DSB進行修復時，靶基因蛋白翻譯錯誤，從而基因功能遭到破壞；CRISPR/Cas9技術則是直接通過使用Cas9和gRNA準確刪除DNA（圖2）來實現的，這種方法相比插入Indel更加精準快捷，是最實用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術可以通過DSB的同源重組修復（圖1）實現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靶向基因轉錄調控CRISPR/Cas9技術不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術的關鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應蛋白轉運到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應用2.1在糧食作物育種中的具體應用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體，獲取其中已經去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個體。該突變個體中Badh2RNA的數量明
是最實用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替換：CRISPR/Cas9技術可以通過DSB的同源重組修復（圖1）實現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靶向基因轉錄調控CRISPR/Cas9技術不僅可以編輯基因組，還可以與許多不同的功能蛋白結合，以執(zhí)行其他基因操作。該技術的關鍵是利用gRNA在定位基因組上的特異性，使dCas9和gRNA將職能不同的效應蛋白轉運到染色體上的特定位置（圖3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育種中的應用2.1在糧食作物育種中的具體應用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體，獲取其中已經去除載體骨架而且外顯子中有堿基T插入的突變個體。該突變個體中Badh2RNA的數量明顯下降，突變體谷粒中的香氣顯著增強。香稻育種在CRISPR/Cas9技術的推動下，發(fā)展前景樂觀[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，秈稻、粳稻轉為糯稻。利用CRISPR/Cas9技術獲得的糯稻，糯性品質優(yōu)良，而且其他形態(tài)和經濟功能并沒有發(fā)生顯著的變化[7]。（3）抗咪唑類除草劑基因改良：通過CRISPR/Cas9技術編輯由突變而成的乙酰乳酸合酶，擁有對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)勢利用的整合，可以改良水稻的農藝性狀，快速準確的培育出不攜帶外源基因的水稻個體。獲得的雜交稻的株高、產量、生育期
【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用CRISPR/Cas-9技術創(chuàng)制水稻溫敏核不育系[J]. 吳明基,林艷,劉華清,陳建民,付艷萍,楊紹華,王鋒. 福建農業(yè)學報. 2018(10)
[2]全球變暖或導致人類糧食危機[J]. 沈鳳斌. 生態(tài)經濟. 2018(08)
[3]CRISPR/Cas基因編輯技術及其在作物育種中的應用[J]. 鄭紅艷,王磊. 生物技術進展. 2018(03)
[4]新型基因編輯技術發(fā)展及在植物育種中的應用[J]. 王艷芳,蘇婉玉,曹紹玉,張琳,呂霞,張應華,許俊強. 西北農業(yè)學報. 2018(05)
[5]CRISPR/Cas9介導基因組編輯培育糯稻不育系WX209A[J]. 馮璇,王新,韓悅,白德朗,許可,劉芳,覃寶祥,羅繼景,韋政,邱永福,李容柏. 基因組學與應用生物學. 2018(04)
[6]聯合國糧農組織:全球糧食安全危機依然嚴峻[J]. 糧食科技與經濟. 2018(03)
[7]應用CRISPR/Cas9系統編輯水稻SBE3基因獲得高抗性淀粉水稻新品系[J]. 白建江,張建明,樸鐘澤,方軍,李剛燮,王亞,楊瑞芳. 分子植物育種. 2018(05)
[8]基因組編輯技術應用于作物遺傳改良的進展與挑戰(zhàn)[J]. 王福軍,趙開軍. 中國農業(yè)科學. 2018(01)
[9]CRISPR/Cas9編輯棉花精氨酸酶基因促進側根形成和發(fā)育[J]. 王艷玲,孟志剛,李妍妍,孟釗紅,王遠,孫國清,朱濤,梁成真,蔡永萍,郭三堆,張銳,林毅. 中國科學:生命科學. 2017(11)
[10]植物CRISPR基因組編輯技術的新進展[J]. 李紅,謝卡斌. 生物工程學報. 2017(10)
本文編號：3592465
本文鏈接：http://sikaile.net/nykjlw/nyxlw/3592465.html
