利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻粒长和穗粒数性状

【目的】基因组定点编辑技术已成为分子育种的重要手段。本研究拟对GS3和Gn1a功能缺失突变对目标性状的改良效应进行分析,以期为培育高产水稻提供理论基础。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以控制粒型基因GS3和控制每穗粒数基因Gn1a为编辑对象,构建了共敲除载体p C1300-2×35S::Cas9-g~(GS3)-g~(Gn1a)a,用农杆菌介导法转化4个优质水稻品种,分析了基因突变的特征和相应农艺性状。【结果】构建的敲除载体成功地实现了对GS3和Gn1a基因的定点编辑。在4个转化受体的T_0代均分别获得了gs3和gs3gn1a的移码突变体。对T_1 代中无选择标记突变体的农艺性状分析表明,突变体gs3和gs3gn1a与野生型相比粒长变长,千粒重增加;突变体gs3gn1a与突变体gs3相比,每穗粒数显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9系统进行水稻基因编辑可以快速改良品种的目标性状,在水稻品种的定向改良方面具有巨大的潜力。     

CRISPR/Cas9定点编辑水稻穗发育Osa1基因

CRISPR/Cas9是一种快速发展的基因组定点编辑技术。利用该技术对水稻穗发育基因Osa1进行定点编辑,精准敲除Osa1基因,获得Osa1功能缺失突变体,为Osa1基因功能的深入研究提供了准确可靠的突变体材料。     

利用CRISPR/Cas9系统定向编辑水稻SD1基因

【目的】半矮秆水稻品种的选育和应用是水稻育种的最重大成果之一。半矮秆品种大多是半矮秆基因SD1(semi-dwarf1)功能缺失突变体,为了获得sd1突变体,本研究对SD1基因进行了定向编辑。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以SD1基因为靶基因,构建基因编辑载体CRISPR-SD1,用农杆菌介导的方法转化水稻恢复系申繁17和申繁24。【结果】在2个转化受体的T₀代均获得了纯合的sd1突变体,并且在T₁代株系中分离出了不含转基因序列的植株。2个品种的sd1突变体与各自的野生型相比,株高分别下降了25%左右。【结论】利用CRISPR/Cas9系统可以有效地对目的基因进行编辑,在水稻分子育种领域具有巨大的应用价值。     

水稻OsDUF393基因编辑突变体的创建

DUFs家族是一类未知功能结构域蛋白家族,转录谱和蛋白谱分析发现,DUFs蛋白在生物的生长和发育中发挥着至关重要的作用,因此对DUFs基因功能的研究将有助于了解生物体复杂的生长发育机制。目前该家族基因功能仍鲜见报道。为了探究水稻(Oryza sativa)OsDUF393(Domains of Unknown Function 393)基因的生物学功能,利用CRISPR/Cas9技术构建了水稻DUFs家族基因OsDUF393的载体,同时利用农杆菌介导的遗传转化将构建的CRISPR/Cas9载体转化水稻品种中花11中,经潮霉素抗性基因鉴定,获得了100株T0代转基因植株。对转基因植株的靶位点进行测序分析后发现有单碱基插入和大片段DNA序列缺失2种类型。通过RT-PCR分析突变体中OsDUF393基因的表达水平,结果表明,目的基因在不同纯合编辑突变体中转录水平均有下降。上述结果表明,CRISPR/Cas9重组载体成功实现了对OsDUF393基因的定向编辑。这些编辑突变体材料为后续该基因功能研究奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9技术创制Rc基因恢复红稻

【目的】将栽培稻品种恢复为米质优、抗逆性强的红稻具有较大的研究价值。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，编辑原花青素转录调节因子Rc基因，恢复红种皮特性，以改良水稻米质，提升抗逆性。【方法】利用CRISPR/Cas9技术，以Rc为靶基因，构建突变载体pYLCRISPR/Cas9-Rc-gRNA，以空育180、上育453为材料，转化获得转基因植株，通过测序手段和表型观察验证成果。【结果】分子水平检测获得Rc突变材料2种，其中KY-1在1414―1417 bp缺失4个碱基，终止子突变为苯丙氨酸；SY-1在1411 bp处缺失1个碱基，终止子突变为天冬氨酸。2种编辑材料均恢复为红米表型，且具有一定耐盐碱能力。【结论】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功获得恢复红种皮表型的纯合株系，为红米改良提供基础材料。     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术优化作物育种

介绍1项目前应用广泛的基因编辑技术CRISPR/Cas9。CRISPR是细菌有效防止病毒和噬菌体侵入的手段。在sgRNA的指导下,Cas9定点切割DNA,导致双链DNA断开,随即可以直接对细胞进行基因编辑。CRISPR/Cas9是一种创造性的分析和编辑植物基因序列的新技术。其高效性和快捷性对农业生产具有重大的发展意义。科学家可以利用其高度靶向的特点对基因进行定位和编辑,在不改变作物农艺性状的同时优化它们的产量、营养品质和对环境的适应性。     

应用CRISPR/Cas9技术与分子标记辅助选择创制广东丝苗米新种质

【目的】创制优质香型丝苗米水稻新种质，探索水稻育种改良新途径，助力广东丝苗米品牌建设。【方法】以广东省农业主导品种粤农丝苗(YNSM)与优质稻粤王丝苗(YWSM)为材料，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点编辑上述品种的香味基因Badh2，创制香稻新品系，随后通过分子标记辅助选择(MAS)技术定向导入GW7/GL7位点，系谱选育优质香型丝苗米水稻新种质。【结果】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功创制两个香稻新品系yn-ko^badh2与yw-ko^badh2，其2-AP含量均极显著提高，达到239.39～440.79μg/kg，而有效穗数、每穗实粒数、糙米外观品质、千粒重与产量等主要农艺性状均未受到显著影响；MAS技术结合系谱选育的方法成功选育两个丰产性好、籽粒长宽比超过4.3的优质香型丝苗米水稻新品系NW^badh2GW7-1与NW^badh2GW7-2，达到广东丝苗米品种关于香味与外观粒型的认定标准。【结论】利用CRISPR/Cas9基因编辑与分子辅助选择技术相结合可精准、高效地创制新的优...     

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻稻瘟病抗性

【目的】CRISPR/Cas9基因编辑技术是作物遗传改良的有效工具。本研究通过对水稻Pita、Pi21和ERF922稻瘟病相关基因进行定点编辑,以期获得能够稳定遗传的抗稻瘟病水稻材料。【方法】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,以Pita、Pi21和ERF922为靶基因,构建共编辑载体pC1300-2×35S::Cas9-g~(Pita)-g~(Pi21)-g~(ERF922),用农杆菌转化长粒粳稻恢复系L1014,筛选获得稳定遗传的纯合突变体用于稻瘟病抗性鉴定。【结果】在T_0代转基因株系中,Pita、Pi21和ERF922突变频率分别为75%、85%和65%,突变基因型多为双等位突变。筛选到的不含T-DNA成分的T_1代能够稳定遗传给T_2代,并从中获得Pi21单突变纯合株系及Pita、Pi21和ERF922的三突变纯合株系。稻瘟病抗性鉴定结果表明,与野生型相比,突变株系的抗性显著提高。同时,接种后纯合突变体株系内水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号转导途径相关基因的表达量均上调。据此,我们推测纯合突变株系对稻瘟病的抗性增强可能与其对稻瘟病菌的响应被激活有关。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了能够稳定遗传和具有较高稻瘟病抗性的纯合突变株系,为水稻稻瘟病抗性改良提供了良好的材料。     

基于提高CRISPR/Cas基因编辑效率的研究进展

CRISPR基因编辑技术发展迅速,为功能基因的研究及遗传改良提供了技术支持。提高基因组编辑效率成为使用基因编辑技术的基本点,目前已取得了重要进展。本文结合CRISPR/Cas系统的作用原理、晶体结构,着重介绍目前提高编辑效率的最新研究进展,对CRISPR/Cas基因编辑效率的提高进行分析并提出改进策略。     

水稻抽穗期基因OsDof6功能的初步研究

【目的】以前期通过穗发育芯片筛选到一个水稻Dof家族转录因子OsDof6为研究对象,进一步探究OsDof6的表达模式与生物学功能。【方法】对OsDof6的基因、蛋白及启动子序列进行生物信息学分析,利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑,通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式。【结果】对该基因的启动子序列分析表明,该基因启动子中存在大量与光响应、激素响应及胁迫响应相关的顺式调控元件。利用CRISPR/Cas9技术获得了2种不同突变类型的功能缺失突变体9522^Dof6-3和9522^Dof6-4。对突变体T₁株系进行表型观察发现,相较于对照,两种突变体在营养生长阶段分蘖数明显降低,转入生殖生长阶段后,两种突变体的抽穗时间推迟约3 d。实时定量PCR结果显示OsDof6在水稻根、茎、叶和穗中均有不同程度的表达,在穗发育后期相对表达量明显提高;通过亚细胞定位分析发现OsDof6定位于细胞核。【结论】初步判断OsDof6基因会影响水稻分蘖数与抽穗期。     

Gene Nomenclature System for Rice

The Committee on Gene Symbolization, Nomenclature and Linkage (CGSNL) of the Rice Genetics Cooperative has revised the gene nomenclature system for rice (Oryza) to take advantage of the completion of the rice genome sequence and the emergence of new methods for detecting, characterizing, and describing genes in the biological community. This paper outlines a set of standard procedures for describing genes based on DNA, RNA, and protein sequence information that have been annotated and mapped on the sequenced genome assemblies, as well as those determined by biochemical characterization and/or phenotype characterization by way of forward genetics. With these revisions, we enhance the potential for structural, functional, and evolutionary comparisons across organisms and seek to harmonize the rice gene nomenclature system with that of other model organisms. Newly identified rice genes can now be registered on-line at http://shigen.lab.nig.ac.jp/rice/oryzabase_submission/gene_nomenclature/.     

1-磷酸甘露醇脱氢酶基因转化水稻的研究

摘要：PCR和Southern blotting检测表明,来自大肠杆菌的[i]mtlD[/i]基因已通过农杆菌介导整合进水稻基因组。[i]mtlD[/i]基因在T1代出现分离, T2代出现纯系。在0.75% NaCl胁迫下,7个转基因T3代株系都能检测到mtlD酶活性,与对照相比细胞膜的相对电导率和大分子渗漏值明显降低。部分转基因株系能在 1.0% NaCl浓度下正常生长,而对照在0.5% NaCl浓度下已不能存活。通过有性杂交途径实现了[i]mtlD[/i]和[i]gutD[/i]两个基因的聚合,部分杂交后代株系能在1.25%NaCl胁迫下正常生长结实。     

转Pi-d2基因水稻对稻瘟病的抗性分析

对由pCB6.3kb、pCB5.3kb和pZH01-2.72kb三个不同表达载体转化的转稻瘟病抗性基因Pi-d2水稻株系进行稻瘟病抗性分析。结果表明,转Pi-d2基因水稻的9个高代株系对来自四川的39个稻瘟病菌株表现不同的抗性,抗病频率最高达91.7%;4个转基因早代纯合株系对来自中国农业科学院的58个菌株中的81.48%以上菌株表现抗性,具有广谱抗性特点。稻瘟病菌粗毒素筛选结果表明,来自转基因植株的幼胚愈伤组织诱导率随培养基中粗毒素浓度提高而降低,粗毒素浓度达到40%时,幼胚愈伤诱导率为49.33%,受体对照幼胚愈伤组织诱导率为5%。田间诱发条件下,转基因株系在大田的穗瘟发病率为0%～50%,抗性较受体对照大幅度提高。     

Rice Blast Resistance of Transgenic Rice Plants with Pi-d2 Gene

Resistance to rice blast of transgenic rice lines harboring rice blast resistance gene Pi-d2 transformed from three different expression vectors of pCB6.3kb, pCB5.3kb and pZH01-2.72kb were analyzed. Nine advanced-generation transgenic rice lines with Pi-d2 gene displayed various resistance to 39 rice blast strains, and the highest disease-resistant frequency reached 91.7%. Four early-generation homozygous transgenic lines with Pi-d2 gene exhibited resistance to more than 81.5% of 58 rice blast strains, showing the characteristic of wide-spectrum resistance. The transgenic embryonic calli selected by the crude toxin of rice blast fungus showed that the callus induction rate of immature embryo from transgenic rice plants decreased as the concentration of crude toxin in the culture medium increased. When the concentration of crude toxin reached 40%, the callus induction rate of immature embryo from transgenic lines was 49.3%, and that of the receptor control was 5%. The disease incidence of neck blast of the transgenic rice lines in fields under induction was 0% to 50%, indicating that the rice blast resistance of transgenic rice lines is much higher than that of the receptor control.     

水稻香味基因的研究进展

水稻香味是稻米品质的一个重要性状。近年来,对香稻的研究已经从表型特征特性深入到分子及生物化学水平。文章阐述了水稻香味基因的研究进展,包括香味基因的定位与克隆、生物化学基础的研究以及育种应用等方面,并对其研究前景进行了展望。     

水稻稻瘟病抗性基因研究进展

介绍了稻瘟病抗性基因的结构,综述了其定位和克隆的最新研究进展,阐述了在其研究过程中分子标记技术的利用,并提出今后的研究方向。     

转PAL基因水稻抗稻瘟病性和过氧化物酶活性的研究

 用PAL(苯丙氨酸解氨酶）基因正义和反义转化水稻，获得了70株转基因植株。选择正义转化植株(1s)和反义转化植株(4a)进行稻瘟病菌([i]Magnaporthe grisea[/i])接种，针对病原物侵染，1s的PAL活性上升更快，幅度更大。观察水稻叶片超微结构发现，1s的细胞具有更强的抵抗病原菌入侵的能力，其过氧化物酶活性也比对照和4a要高。     

野生稻有利基因转移研究进展

稻属有22个种,包括20个野生稻种和2个栽培稻种,现已命名AA、 BB、 CC、 BBCC、 CCDD、 EE、 FF、 GG和HHJJ 9个基因组。野生稻是一个重要的有利基因库,包含对各种生物胁迫的抗性和非生物胁迫的耐性基因。就野生稻的有利性状、野生稻有利基因转移研究进展作了概述,并对野生稻有利基因分子标记定位研究,野生稻有利基因转移的遗传机制以及野生稻有利基因利用前景进行了讨论。     

抗除草剂转基因水稻基因漂移至常规栽培稻的频率研究初报

以抗除草剂草铵膦转基因bar水稻99-1作为花粉供体,四周种植常规栽培稻为花粉受体,观察抗性基因漂移频率。在距离转基因水稻2m以内,基因漂移频率为0.0193%～0.3960%,均在1%以下,但转bar基因抗除草剂水稻基因漂移至不同品种上的频率存在明显差异。     

水稻小穗簇生基因OsCL6的定位及候选基因分析

【目的】通过对水稻小穗簇生基因的定位与候选基因分析,为进一步克隆幼穗发育过程中缩短枝梗长度造成小穗簇生的功能基因奠定基础。【方法】以航天诱变育种技术处理常规优质稻品种粤农丝苗获得一个稳定遗传的小穗簇生突变体cl6为试验材料,与粤金银占构建F₁、F₂作图群体,对簇生基因进行定位,结合转录组测序对候选基因进行预测与评价。【结果】遗传分析结果表明,突变体cl6的簇生性状由非完全显性单基因控制,混合分组分析法将该基因定位于第6染色体上约416 kb的区间。进一步通过表达谱分析、转录组测序技术、基因序列差异性分析和qRT-PCR验证等筛选出OsFBK16为最佳候选基因,其5′-UTR区域发生9个碱基的插入突变,暗示该基因可能通过二级结构改变调控转录或翻译水平,参与水稻幼穗发育过程中枝梗的分化。【结论】本研究结果为解析水稻二次枝梗和小穗梗缩短机制奠定一定理论基础。