CRISPR/Cas植物基因组编辑技术研究进展

基因编辑技术的发展与应用为植物功能基因研究和作物遗传改良提供了重要的技术支撑。近年诞生的CRISPR/Cas 基因编辑系统(主要包括 CRISPR/Cas9 和 CRISPR/Cas12a)与其他的基因编辑技术相比,具有操作简单、效率高等优势,因此在动植物中均得到广泛应用。本文结合 CRISPR/Cas 基因编辑技术体系的发展历史及最新研究进展,着重介绍了该技术在植物领域中的应用范围和发展方向,以及基因编辑植物的靶点分析方法;对目前CRISPR/Cas 基因编辑技术体系存在的问题进行了分析并提出了改进策略。

蛋白修饰调控植物育性与生殖发育的研究进展

植物育性与生殖发育不仅与植物繁衍后代息息相关,也是作物杂种优势利用技术的遗传基础。探究作物生殖发育的分子调控机制是植物发育研究的重要科学内容,也是农作物杂交育种的重要需求。蛋白质修饰是重要的翻译后调控方式,广泛参与植物生长发育的各个过程。近年来,植物育性调控和生殖发育的分子网络调控研究取得了重要进展,但尚未系统总结蛋白质修饰在该发育过程中的功能和作用。为此,本文总结了磷酸化、泛素化、SUMO化和糖基化等多种蛋白修饰类型在植物育性调控和生殖发育阶段的调控作用,以期为后续的研究提供参考和思路。

利用二代测序技术高通量分析水稻品种间抗病性差异的分子基础

稻瘟病和白叶枯病是由稻温病菌（Magnaporthe oryzae）和白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae）引起的两种主要水稻病害,也是制约中国水稻生产的主要病害.为了从DNA水平探索造成水稻感病品种‘丽江新团黑谷’（LTH）和高抗品种‘特特普’（Tetep,TTP）间抗病性差异的分子基础,该研究对其已知的3个抗稻瘟病基因和3个抗白叶枯基因所在DNA区段分别进行PCR扩增,将等量混合的PCR产物再与基因组重测序样品按Ct值差值（ΔCt）~10的比例混合,采用二代测序技术进行一次性测序和比较分析,并对有差异的基因区域进行常规传统测序验证,以确定这2个品种中抗性基因（R基因）的数目和结构与品种抗病或感病表型的关联性.实验结果表明,二代测序能够快速并准确地寻找到2个不同水稻品种中多个特定基因的序列差异,且差异位点与常规测序结果相符.从LTH和TTP这2种抗性不同水稻品种在多个抗性基因的DNA水平差异来看,有差异的抗性基因位点在高抗品种TTP中大都与原始抗性基因序列相同,而对应的普感品种LTH的抗性基因往往多表现为氨基酸突变,这些序列差异很可能就是导致TTP与LTH抗性差异的分子基础.

新型DNA碱基编辑器的研究进展

DNA碱基编辑技术是由CRISPR/Cas系统发展而来,能对基因组碱基进行精准编辑。目前已开发的DNA碱基编辑器包括介导C·G至T·A转换的胞嘧啶单碱基编辑器、介导A·T至G·C转换的腺嘌呤单碱基编辑器、介导C·G至G·C颠换的糖基化酶单碱基编辑器、介导C·G至T·A和A·T至G·C同时转换的双碱基编辑器、介导任意碱基之间转换的引导编辑器以及线粒体DNA编辑器。本文系统总结了上述6种DNA编辑器的原理、优化历程及最新研究进展,着重介绍了应用到植物研究中的碱基编辑器工具及其在作物遗传改良中的应用,并对碱基编辑技术今后的发展进行了展望。

利用分子标记提高筛选普感水稻抗病突变体的准确性

水稻丽江新团黑谷(LTH)是一个云南地方粳稻普感品种,对全球近2 800多个稻瘟病菌生理小种均表现为感病表型。本研究为利用^(60)Co-γ射线辐照处理LTH种子,分单株收获M_1代种子。对M_2和M_3代植株分别进行稻瘟病的自然诱发筛选和人工喷雾接种筛选,以期从LTH中筛选获得抗性提高的突变体。在突变体筛选过程中,我们发现突变体的遗传背景受到零星异交或混杂干扰,这种情况在其他本底抗性水平较高的抗性突变体筛选中往往容易被忽略。为了确保突变体遗传背景的真实性,我们利用分布在水稻12条染色体上的在粳稻LTH与籼稻品种间存在多态性的In/Del标记,分析候选抗性植株是否为LTH纯合背景,以排除杂合假抗性个体。通过两种不同的筛选策略,最终从M_3代植株中分别鉴定出1份和4份抗性突变体,为进一步研究LTH普感特性奠定基础。将其中一个LTH抗病突变体分别与野生型LTH和籼稻普感品种CO39进行杂交,获得的F_2群体人工喷雾接种稻瘟病菌后调查抗、感植株的分离情况,分析结果显示,该突变体性状符合单个显性基因控制的遗传规律。另外,本研究结果表明:在水稻诱变育种工作中,不仅要做到充分隔离,还需借用分子标记辅助剔除零星意外串粉造成的杂合假突变体,以提高水稻突变体筛选的准确率。