我校與中國農(nóng)科院合作研發(fā)基因編輯玉米育種新技術(shù)取得新進展
本網(wǎng)訊：禾本科作物玉米作為C4植物，具有高光合效率特性，將太陽能轉(zhuǎn)化成淀粉，已成為當(dāng)前世界上種植面積與產(chǎn)量第一大糧食作物。利用玉米高產(chǎn)與廣適性優(yōu)點，圍繞淀粉代謝途徑開發(fā)更多更符合人類需求的品種類型，進一步挖掘其系列功能與用途岐化產(chǎn)品，具有重要的意義與價值。
近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所合作,利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)制超甜、糯與超甜糯復(fù)合型鮮食玉米育種技術(shù)，該研究克服了傳統(tǒng)超甜與糯性玉米育種中僅通過回交導(dǎo)入少數(shù)已發(fā)現(xiàn)的自然突變的局限，并同時解決了同一代謝途徑中上游基因?qū)ο掠位蛏衔?/span>性效應(yīng)對育種選擇的困擾，為高效培育超甜玉米、糯玉米、以及甜糯復(fù)合型玉米品種提供了新的技術(shù)策略，相關(guān)成果以“Super-sweet and waxy: meeting the diverse demands for specialty maize by genome editing” 為題發(fā)表于國際主流學(xué)術(shù)生物技術(shù)期刊《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。
玉米光合同化機制把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能合成的單糖與寡糖運輸?shù)阶蚜Ｅ呷榧?xì)胞質(zhì)并在蔗糖合酶和和脲苷二磷酸（UDP）葡萄糖焦磷酸化酶作用下水解形成1-磷酸葡萄糖，之后在腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）作用下生成淀粉合成的主要底物腺苷二磷酸葡萄糖(ADP-Glucose), Shrunken2（SH2）基因編碼AGPase大亞基（圖a），位于淀粉合成途徑的上游，對下游基因具有上位效應(yīng)，突變導(dǎo)致籽粒胚中可溶性糖積累，形成超甜表型，是超甜型玉米育種主要目標(biāo)基因。WX基因編碼顆粒結(jié)合型淀粉合成酶(GBSSI)，催化生成直鏈淀粉，該酶失活將導(dǎo)致直鏈淀粉合成途徑受阻，在籽粒胚乳與花粉中主要生成支鏈淀粉。該研究構(gòu)建同時靶向玉米WX與SH2基因的CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)（圖b），在后代中高效分離SH2與WX單基因與雙基因突變的突變系(圖c,d)，從而實現(xiàn)超甜玉米與糯玉米材料的高效創(chuàng)制，同時，利用玉米單交種特性將雙隱性突變(sh2sh2wxwx)系與單隱性突變（SH2SH2wxwx） 雜交，驗證了超甜與糯性復(fù)合型玉米的玉米育種途徑(圖e,f)。表型鑒定結(jié)果表明(圖f,g,i,j)，WX基因單隱性突變系（SH2SH2wxwx）支鏈淀粉含量超過96%(圖i)，雙隱突變系(sh2sh2wxwx)與單隱突變系(sh2sh2)授粉22天后籽?？扇苄蕴呛砍^鮮重10%；進一步將創(chuàng)制的雙隱突變（sh2sh2wxwx）株系與單隱突變（SH2SH2wxwx）株系進行雜交，該F1果穗上同時具有超甜型籽粒(sh2sh2wxwx)和糯性籽粒(SH2-wxwx)，且經(jīng)鑒定超甜籽粒和糯性籽粒具有1∶3分離比(圖f)，為穗上甜糯1∶3復(fù)合型鮮食玉米品種，其可溶性糖含量顯著（psu1、su2、sh1、sh2、sh4、bt1、bt2等諸多基因的利用當(dāng)中，結(jié)合這些突變將可培育具有不同甜糯表型分離比的特用雜交種品種。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2016級博士生祁顯濤與中國農(nóng)科院2015級研究生董樂為本文共同第一作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所謝傳曉研究員、毛龍研究員及安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院程備久教授為通訊作者。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為本文第一署名單位。（生命科學(xué)學(xué)院）
? ? 文章鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13144
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com