水稻与病原物互作中植物激素功能的研究进展

水稻是我国最主要的粮食作物,在国民经济和生活中占据重要地位。在水稻的周年生产中,病虫害的控制最为关键。因此,了解水稻与病虫害的互作机理,对水稻的育种和生产具有重要指导意义。植物激素是在植物生命活动中必不可少,调控植物生长、发育、衰老等主要生理过程的一类有机分子。近年来,大量实验证据表明,在植物与病原物互作过程中,植物内源激素也发挥着重要作用。随着水稻抗病和感病的机理解析越来越多,有关植物激素所扮演的重要功能角色也愈发清晰。其中,水杨酸、茉莉酸和乙烯研究最为广泛,它们之间的相互拮抗或协同效应决定了植物对病原物的防御反应强度。其它激素如:油菜素内酯、赤霉素、生长素、细胞分裂素、脱落酸等,单独或者通过调控水杨酸、茉莉酸和乙烯信号分子转导网络也参与植物与病原物互作过程。本研究综述了各大植物激素在水稻抗病或感病中作用,并对其未来研究进行展望,以便为水稻病害的防治提供理论依据。

水稻靶标基因单碱基定向替换技术的建立

目前CRISPR/Cas9技术作为一种基因组定点编辑技术已经被广泛应用于不同植物中,但是对于实现特定碱基替换仍具有很大难度.本研究将APOBEC1和UGI与Cas9n融合,开发了一种包含rBE3和rBE4的高效技术,并通过该技术对OsSERK1,OsSERK2,ipa1,pi-ta和OsBRI1等基因的靶位点碱基进行编辑.在T0代转基因植物中rBE3/sgRNA将胞嘧啶碱基转换为所有其他核苷酸碱基中效率高达38.9%;利用rBE4还获得了抗稻瘟基因pi-ta的隐性等位基因靶位点胞嘧啶碱基替换为胸腺嘧啶碱基,编辑效率达18.2%.此外,在所检测的材料中,并未检测到由Cas9n切口酶引起的InDel事件.这些结果表明,rBE3和rBE4技术的开发,在未来植物基础研究和农业应用中具有广阔的前景.

利用rBE3和rBE4系统进行水稻基因单碱基编辑的特异性和遗传稳定性分析

对基于rBE3(Rice base editor)和rBE4碱基编辑系统创制获得Os SERK1(D428N)和pi-ta(S918F)等基因的单碱基编辑突变体材料进行编辑特异性和遗传稳定性分析,旨在全面了解和更好地利用该碱基编辑系统。首先对Os SERK1(D428N)和pi-ta(S918F)sg RNA的潜在脱靶位点进行预测,并对T0代材料中的各脱靶位点进行PCR扩增和Sanger测序检测;同时对该两个基因的突变体材料自交获得的T1代植株的靶位点序列和外源T-DNA分离进行检测。结果显示各T0代材料均未检测到潜在脱靶位点发生单碱基编辑;此外,Os SERK1(D428N)和Os08g07774含有相同的sg RNA位点,且两个位点均能发生单碱基编辑;rBE3或rBE4系统介导产生的碱基编辑可稳定遗传至T1代,并在T1代可获得无外源T-DNA的纯合突变体。上述结果表明由rBE3或rBE4介导的碱基编辑具有较高的特异性,可进行多位点编辑,引入的碱基替换可稳定遗传至后代。