基因编辑技术的研究及在玉米中的应用

尽管人类已经发现并应用ZFN、TALEN基因编辑技术来实现对基因的定向改变,但由于操作复杂、成本较高,一直限制着基因组学的研究进展。基因的低成本、高效率、操作简单的编辑技术一直是生物分子领域亟待解决的问题。2013年《科学》(Science)杂志上两篇有关CRISPR/Cas的报道标志着基因编辑技术取得了重大突破。CRISPR是从细菌、古菌基因组中发现特殊的DNA重复序列家族。目前,该技术已经成功应用于水稻、斑马鱼、小鼠等动植物中,实现了对特定基因的定向修饰。简要介绍CRISPR/Cas的发现历史、组成、作用原理和最新研究进展,对该技术在玉米研究中的应用进行展望。     

植物顶端有限生长相关基因与基因编辑育种研究进展

随着劳动力成本的增加,农作物的采收将逐步从人工采收过渡到机械采收,因此培育紧凑、矮化、果实成熟集中、耐密植、适宜机械化操作的新品种已成为作物遗传改良的主要目标。本文重点综述了不同物种FT及其同源基因对植物成花的调控功能,植株顶端的无限生长和有限生长的控制基因及其功能研究进展,以及通过基因编辑促进顶端成花进而导致植株顶端由无限营养生长转变为有限生殖生长,进一步介绍了通过多基因同时编辑的方法推动植物株型改变并培育新品种的成功案例。植株顶端成花和有限生长的特性可以促进果实的统一成熟,为适宜机械化采收的株型育种提供理论支持和实践指导。     

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。     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除水稻NRR基因促进根系生长的研究

水稻营养应答和根生长基因NRR(Nutrition response and root growth)是一个多效基因,负调控水稻根系生长并参与调控营养组织淀粉合成。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对水稻品种空育131的NRR基因进行编辑,获得2个NRR基因敲除的非转基因纯合突变体。突变体植株在各种营养条件下(有氮磷钾、无氮、无磷、无钾、无氮磷以及无氮磷钾)其幼苗主根长度、单株根数和根鲜重都显著高于野生型,这说明敲除NRR基因能够显著改良水稻的根系生长,为利用CRISPR/Cas9基因编辑技术快速改良水稻品种的根系生长提供了一种有效策略。     

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。     

基于CRISPR-Cas9基因编辑技术创制大豆gmnark超结瘤突变体

为研究豆科作物结瘤自我调节机制(autoregulation of nodulation, AON)的作用机理,运用CRISPR-Cas9基因编辑技术创制大豆品种华春6号超结瘤gmnark突变体,设计3条靶向目的基因GmNARK的特异sgRNA,构建CRISPR-Cas9敲除载体。通过毛根转化试验选取sgRNA-B和sgRNA-C两条编辑效率较高的sgRNA用于大豆稳定转化,在T1代筛选出8种不同突变类型的突变体,在T2代通过营养液水培试验证明其中5种突变体有超结瘤的表型。选取gmnark-A突变体作进一步表型分析,发现其具有超结瘤、植株矮小和叶片深绿的表型。本研究所创制的gmnark突变体是研究AON途径作用机制与根瘤发育的重要遗传材料,同时此新种质资源具有作为"绿肥"与其它作物进行间作或轮作的巨大潜力。     

基因编辑及全基因组选择技术在水稻育种中的应用展望

水稻是我国主要的粮食作物。由于我国人多地少的现状,长期以来水稻的育种目标是以产量为导向。我国科研人员通过协同攻关实现了水稻育种技术突破,矮化育种和杂交水稻育种技术的利用促进了水稻产量两次大的飞跃。随着我国消费者生活水平的提高以及极端天气出现的频次上升,水稻育种对品质、抗性与耐逆等也提出了更高要求。目前,生物技术正在不断革新,特别是基因编辑和全基因组选择育种技术的迅速发展,为高产优质多抗耐逆的水稻新品种选育提供强有力支持,推动着我国水稻生产向绿色可持续发展。本文就基因编辑技术和全基因组选择技术在水稻高产优质、抗病虫、耐逆及杂种优势育种应用中的新进展进行简述,旨在为高效培育能够满足市场需求的水稻新品种提供一些育种思路。     

大豆细胞质雄性不育系与保持系atp6基因的RNA编辑比较研究

对大豆细胞质雄性不育系NJCMS1A与其保持系NJCMS1B的atp6基因的RNA编辑进行比较研究.结果在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B的atp6-3基因保守区中均发现2个编辑位点,但互不相同,并且导致了氨基酸的不同变化;mtDNA 序列分析显示,atp6-3基因转录本保守区在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间存在1个碱基的差异;另外还发现atp6-1、atp6-2和atp6-3的表达在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间存在明显差异.     

一种基因编辑位点特异性PCR方法的开发和应用

为了对基因组编辑产品进行精准定性和定量检测,以水稻SP1 基因的编辑植株为材料,在编辑位点上下游设计通用引物,在编辑位点处设计基因编辑位点特异性TaqMan探针,建立了编辑位点特异性PCR方法。利用该方法可准确鉴定特异基因组编辑产品,检测灵敏度达到5~10拷贝,可在实时荧光PCR（qPCR）和微滴数字PCR（ddPCR）平台上对基因组编辑产品进行定量检测。由于数字PCR的微反应单元可消除野生型DNA对通用引物的竞争性消耗,与qPCR的定量结果相比,ddPCR定量结果具有更高的定量准确性。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑甘蓝型油菜富甘氨酸蛋白基因BnGRP1的初步研究

富甘氨酸蛋白(glycine rich proteins,GRPs)在植物逆境响应中发挥重要作用。前期通过全基因组关联分析获得油菜响应低磷胁迫的候选基因BnGRP1,但是其响应低磷胁迫的分子机制尚不明确。序列分析发现,BnGRP1的CDS全长为399 bp,编码132个氨基酸,其中62个为甘氨酸,占该蛋白氨基酸总量的47.0%。为进一步研究BnGRP1的生物学功能,本研究通过CRISPR/Cas9技术构建了目标基因的双靶点载体G2-TD1TD2,并遗传转化甘蓝型油菜,通过筛选鉴定获得了13株T₀代转基因阳性植株。通过TA克隆和测序技术分析了5株转基因植株中Bngrp1的突变位点,其中3株的目标基因序列发生突变,导致无法编码形成正常的富甘氨酸蛋白。本研究为研究BnGRP1的生物学功能提供了实验材料,也为进一步研究BnGRP1响应低磷胁迫的分子机制提供理论和实验基础。     

转基因作物的安全性评价及其对我国传统农业的影响

2001年全球转基因作曲种植面积达到了5260万km^2，其中转基因抗除草剂作曲占77％，转基因抗虫作曲占15％。200l年中国转基因作曲种植面积为150万hm^2，占全球的3％，主要为转基因抗虫棉。转基因作曲安全性从20世纪90年代以来倍受政府、科学家和大众的关注，在转基因作曲食品安全性方面提出了和传统食品“实质等同性”的评价概念；在转基因作曲环境安全性方面注重转基因作物本身及基因扩散给环境带来的直接、间接和潜在的影确。国外转基因农作曲及其产品对我国传统农业提出了新的挑战。     

基因编辑新技术研究进展

基因编辑是一项旨在对基因组进行定点修饰的新技术,目前主要有人工核酸酶介导的锌指核酸酶（ZFN）技术、转录激活子样效应物核酸酶（TALEN）技术和RNA引导的CRISPR—Cas核酸酶（CRISPR-CasRGNs）技术。它们都能特异性地识别靶位点,对其单链或双链进行精准切割后,由细胞内源性的修复机制来完成对靶标基因的敲除和替换。本文比较了这3种基因编辑技术,并对其应用进展做了介绍。     

基因驱动技术研究进展及风险管控

基因驱动是指特定基因有偏向性地遗传给下一代的自然现象,近年来成为生物学研究热点,用来防治害虫、控制传染病、清除物种入侵等.实验室已经证实,基于CRISPR/Cas9基因编辑系统的基因驱动技术可提高特定基因的遗传率.虽然基因驱动技术有非常多的潜在益处,但在伦理和社会安全方面也面临巨大挑战.本文综述了基因驱动的原理及类型,...     

我国稻米食味评定方法分析与思考

我国稻米食味评定主要依据蒸煮试验和成分测定。蒸煮试验多数按照GB/T 15682-1999(稻米蒸煮试验品质评定),而成分分析主要为稻米直链淀粉分析。分析了进行品质评定时容易发生的问题,比较了中日两国在稻米食味评价方面的异同,并针对存在的问题提出了改进意见。     

香蕉枯萎病菌内源报告基因比卡菌素聚酮合酶编码基因Bik1的鉴定及应用

香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)引起的香蕉毁灭性土传病害,其中4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的香蕉品系,危害最严重.本研究克隆鉴定Foc4比卡菌素聚酮合酶编码基因(bikaverin PKS-encoding gene,Bik1)Foc...     

热区蔬菜质量安全分析与评价

对影响我国热区主要蔬菜产前、产中、产后的质量安全相关因素与现状进行调研,获取基础数据与有关信息。对比分析国内不同生产区质量安全存在的差异与差距,研究我国热区蔬菜从生产至市场各个环节的质量安全评价方法,提出建立我国热区蔬菜质量安全评价体系方案。     

华南优质稻花期耐热性鉴定研究

在人工气候室模拟水稻抽穗扬花期高温热害胁迫,以高温胁迫下的结实率和相对结实率为评价指标,对40个华南优质稻品种材料的耐热性进行评价。结果表明,品种材料间耐热性与产量潜力存在显著差异;N22、黄华占、HQ5、桂1025、广恢998、金香糯的耐热性强,粤晶丝苗2号、SH14、力源占2号、柳沙油占202、玉桂占的耐热性为中等,OM4900、882H、93-11等为高温敏感型品种。