利用CRISPR/Cas9基因编辑技术优化作物育种
发布时间：2022-01-16 10:20
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sg RNA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。
【文章来源】：福建热作科技. 2019,44(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CRISPR/Cas9系统在植物中的工作原理
第44卷福建热作科技Vol.44No.2第2期FujianScience&TechnologyofTropicalCrops2019411.2.1基因组序列编辑在DSB修复过程中，利用CRISPR/Cas9编辑DNA序列，即可实现对基因组序列的编辑。DSB是通过Cas9和具有特异性的gRNA剪切基因组时在设计好的靶位点处产生的（图1）。（1）靶向基因敲除：靶向基因敲除可以通过引入Indel来实现，这种方法是通过NHEJ对Cas9和gRNA在切割靶位点后形成的DSB进行修复时，靶基因蛋白翻译错误，从而基因功能遭到破坏；CRISPR/Cas9技术则是直接通过使用Cas9和gRNA准确删除DNA（图2）来实现的，这种方法相比插入Indel更加精准快捷，是最实用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替换：CRISPR/Cas9技术可以通过DSB的同源重组修复（图1）实现在植物的染色体上特异性敲入或替换某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位点后，同源的DNA供体重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因转录调控CRISPR/Cas9技术不仅可以编辑基因组，还可以与许多不同的功能蛋白结合，以执行其他基因操作。该技术的关键是利用gRNA在定位基因组上的特异性，使dCas9和gRNA将职能不同的效应蛋白转运到染色体上的特定位置（图3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育种中的应用2.1在粮食作物育种中的具体应用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技术编辑气味基因Badh2，后代为基因突变植物。鉴别并分析后代基因突变植株个体，获取其中已经去除载体骨架而且外显子中有碱基T插入的突变个体。该突变个体中Badh2RNA的数量明
是最实用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替换：CRISPR/Cas9技术可以通过DSB的同源重组修复（图1）实现在植物的染色体上特异性敲入或替换某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位点后，同源的DNA供体重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因转录调控CRISPR/Cas9技术不仅可以编辑基因组，还可以与许多不同的功能蛋白结合，以执行其他基因操作。该技术的关键是利用gRNA在定位基因组上的特异性，使dCas9和gRNA将职能不同的效应蛋白转运到染色体上的特定位置（图3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育种中的应用2.1在粮食作物育种中的具体应用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技术编辑气味基因Badh2，后代为基因突变植物。鉴别并分析后代基因突变植株个体，获取其中已经去除载体骨架而且外显子中有碱基T插入的突变个体。该突变个体中Badh2RNA的数量明显下降，突变体谷粒中的香气显著增强。香稻育种在CRISPR/Cas9技术的推动下，发展前景乐观[6]。（2）糯性改良：颗粒淀粉合成酶在Wx基因的编辑下功能完全缺失时，籼稻、粳稻转为糯稻。利用CRISPR/Cas9技术获得的糯稻，糯性品质优良，而且其他形态和经济功能并没有发生显著的变化[7]。（3）抗咪唑类除草剂基因改良：通过CRISPR/Cas9技术编辑由突变而成的乙酰乳酸合酶，拥有对含嘧啶羧酸成分的除草剂很高的专一抵抗力，从而获得抗除草剂的能力。（4）镉低积累改良：利用CRISPR/Cas9与杂种优势利用的整合，可以改良水稻的农艺性状，快速准确的培育出不携带外源基因的水稻个体。获得的杂交稻的株高、产量、生育期
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用CRISPR/Cas-9技术创制水稻温敏核不育系[J]. 吴明基,林艳,刘华清,陈建民,付艳萍,杨绍华,王锋. 福建农业学报. 2018(10)
[2]全球变暖或导致人类粮食危机[J]. 沈凤斌. 生态经济. 2018(08)
[3]CRISPR/Cas基因编辑技术及其在作物育种中的应用[J]. 郑红艳,王磊. 生物技术进展. 2018(03)
[4]新型基因编辑技术发展及在植物育种中的应用[J]. 王艳芳,苏婉玉,曹绍玉,张琳,吕霞,张应华,许俊强. 西北农业学报. 2018(05)
[5]CRISPR/Cas9介导基因组编辑培育糯稻不育系WX209A[J]. 冯璇,王新,韩悦,白德朗,许可,刘芳,覃宝祥,罗继景,韦政,邱永福,李容柏. 基因组学与应用生物学. 2018(04)
[6]联合国粮农组织:全球粮食安全危机依然严峻[J]. 粮食科技与经济. 2018(03)
[7]应用CRISPR/Cas9系统编辑水稻SBE3基因获得高抗性淀粉水稻新品系[J]. 白建江,张建明,朴钟泽,方军,李刚燮,王亚,杨瑞芳. 分子植物育种. 2018(05)
[8]基因组编辑技术应用于作物遗传改良的进展与挑战[J]. 王福军,赵开军. 中国农业科学. 2018(01)
[9]CRISPR/Cas9编辑棉花精氨酸酶基因促进侧根形成和发育[J]. 王艳玲,孟志刚,李妍妍,孟钊红,王远,孙国清,朱涛,梁成真,蔡永萍,郭三堆,张锐,林毅. 中国科学:生命科学. 2017(11)
[10]植物CRISPR基因组编辑技术的新进展[J]. 李红,谢卡斌. 生物工程学报. 2017(10)
本文编号：3592465
【文章来源】：福建热作科技. 2019,44(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CRISPR/Cas9系统在植物中的工作原理
第44卷福建热作科技Vol.44No.2第2期FujianScience&TechnologyofTropicalCrops2019411.2.1基因组序列编辑在DSB修复过程中，利用CRISPR/Cas9编辑DNA序列，即可实现对基因组序列的编辑。DSB是通过Cas9和具有特异性的gRNA剪切基因组时在设计好的靶位点处产生的（图1）。（1）靶向基因敲除：靶向基因敲除可以通过引入Indel来实现，这种方法是通过NHEJ对Cas9和gRNA在切割靶位点后形成的DSB进行修复时，靶基因蛋白翻译错误，从而基因功能遭到破坏；CRISPR/Cas9技术则是直接通过使用Cas9和gRNA准确删除DNA（图2）来实现的，这种方法相比插入Indel更加精准快捷，是最实用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替换：CRISPR/Cas9技术可以通过DSB的同源重组修复（图1）实现在植物的染色体上特异性敲入或替换某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位点后，同源的DNA供体重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因转录调控CRISPR/Cas9技术不仅可以编辑基因组，还可以与许多不同的功能蛋白结合，以执行其他基因操作。该技术的关键是利用gRNA在定位基因组上的特异性，使dCas9和gRNA将职能不同的效应蛋白转运到染色体上的特定位置（图3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育种中的应用2.1在粮食作物育种中的具体应用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技术编辑气味基因Badh2，后代为基因突变植物。鉴别并分析后代基因突变植株个体，获取其中已经去除载体骨架而且外显子中有碱基T插入的突变个体。该突变个体中Badh2RNA的数量明
是最实用的植物研究手段。（2）靶向基因敲入/替换：CRISPR/Cas9技术可以通过DSB的同源重组修复（图1）实现在植物的染色体上特异性敲入或替换某段DNA。在Cas9/gRNA切割靶位点后，同源的DNA供体重新整合到DSB所在的地方。1.2.2靶向基因转录调控CRISPR/Cas9技术不仅可以编辑基因组，还可以与许多不同的功能蛋白结合，以执行其他基因操作。该技术的关键是利用gRNA在定位基因组上的特异性，使dCas9和gRNA将职能不同的效应蛋白转运到染色体上的特定位置（图3）[5]。2CRISPR/Cas9在作物育种中的应用2.1在粮食作物育种中的具体应用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技术编辑气味基因Badh2，后代为基因突变植物。鉴别并分析后代基因突变植株个体，获取其中已经去除载体骨架而且外显子中有碱基T插入的突变个体。该突变个体中Badh2RNA的数量明显下降，突变体谷粒中的香气显著增强。香稻育种在CRISPR/Cas9技术的推动下，发展前景乐观[6]。（2）糯性改良：颗粒淀粉合成酶在Wx基因的编辑下功能完全缺失时，籼稻、粳稻转为糯稻。利用CRISPR/Cas9技术获得的糯稻，糯性品质优良，而且其他形态和经济功能并没有发生显著的变化[7]。（3）抗咪唑类除草剂基因改良：通过CRISPR/Cas9技术编辑由突变而成的乙酰乳酸合酶，拥有对含嘧啶羧酸成分的除草剂很高的专一抵抗力，从而获得抗除草剂的能力。（4）镉低积累改良：利用CRISPR/Cas9与杂种优势利用的整合，可以改良水稻的农艺性状，快速准确的培育出不携带外源基因的水稻个体。获得的杂交稻的株高、产量、生育期
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用CRISPR/Cas-9技术创制水稻温敏核不育系[J]. 吴明基,林艳,刘华清,陈建民,付艳萍,杨绍华,王锋. 福建农业学报. 2018(10)
[2]全球变暖或导致人类粮食危机[J]. 沈凤斌. 生态经济. 2018(08)
[3]CRISPR/Cas基因编辑技术及其在作物育种中的应用[J]. 郑红艳,王磊. 生物技术进展. 2018(03)
[4]新型基因编辑技术发展及在植物育种中的应用[J]. 王艳芳,苏婉玉,曹绍玉,张琳,吕霞,张应华,许俊强. 西北农业学报. 2018(05)
[5]CRISPR/Cas9介导基因组编辑培育糯稻不育系WX209A[J]. 冯璇,王新,韩悦,白德朗,许可,刘芳,覃宝祥,罗继景,韦政,邱永福,李容柏. 基因组学与应用生物学. 2018(04)
[6]联合国粮农组织:全球粮食安全危机依然严峻[J]. 粮食科技与经济. 2018(03)
[7]应用CRISPR/Cas9系统编辑水稻SBE3基因获得高抗性淀粉水稻新品系[J]. 白建江,张建明,朴钟泽,方军,李刚燮,王亚,杨瑞芳. 分子植物育种. 2018(05)
[8]基因组编辑技术应用于作物遗传改良的进展与挑战[J]. 王福军,赵开军. 中国农业科学. 2018(01)
[9]CRISPR/Cas9编辑棉花精氨酸酶基因促进侧根形成和发育[J]. 王艳玲,孟志刚,李妍妍,孟钊红,王远,孙国清,朱涛,梁成真,蔡永萍,郭三堆,张锐,林毅. 中国科学:生命科学. 2017(11)
[10]植物CRISPR基因组编辑技术的新进展[J]. 李红,谢卡斌. 生物工程学报. 2017(10)
本文编号：3592465
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