利用CRISPR/Cas9技术定向编辑水稻OsIAA11

【目的】OsIAA11参与的生长素信号途径在水稻生长发育阶段和环境因子响应中起重要作用,并影响水稻生育后期的产量形成过程。利用CRISPR/Cas9编辑技术对粳稻中花11(ZH11)的OsIAA11序列进行编辑,获得OsIAA11突变植株,通过对突变植株的农艺性状指标开展田间调查分析,以期探索OsIAA11突变对水稻产量构成因子的影响。【方法】依据CRISPR/Cas9编辑原理,在OsIAA11第1和第2外显子区域设计2个20 bp的编辑靶点,并在水稻基因组数据库中比对分析靶点序列,排除非特异性编辑,将2个靶点核苷酸片段分别与pYLgRNA-U6a和pYLgRNA-U6b载体连接,通过2次PCR扩增,得到含特异性连接接头的U6a-IAA11-T1和U6b-IAA11-T2表达盒,再将2个表达盒连接到pYLCRISPR/Cas9-MT载体上,获得pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12重组表达载体,利用农杆菌介导法转化ZH11愈伤组织,再生培养得到T0代转基因幼苗,通过PCR扩增潮霉素抗性基因获得阳性株系。对T2代植株的靶点区域序列进行PCR扩增和测序分析,鉴定OsIAA11突变类型,并考察突变植株的田间农艺性状。【结果】pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12表达载体成功转化ZH11水稻愈伤组织,并获得25株转基因再生植株,经潮霉素鉴定得到20株阳性株系,从阳性植株的T2后代中鉴定出17种在2个靶点区域都发生编辑的纯合突变类型植株,除osiaa11-20-1、osiaa11-21-2、osiaa11-23和osiaa11-25在第1个靶点、以及osiaa11-22-2在第2个靶点是单碱基插入突变外,其他突变植株在第1个靶点为小片段缺失突变,在第2个靶点多为单碱基缺失突变。对17种不同基因型osiaa11突变体的农艺性状调查表明,与野生型水稻相比,突变体水稻的株高、有效穗数、穗长、穗粒数、结实率、千粒重、收获指数以及谷草比等性状未发生明显变化,而分蘖成穗率则显著降低,表明无效分蘖增多。【结论】采用CRISPR/Cas9技术对OsIAA11序列进行编辑,得到17种不同基因型的osiaa11突变体水稻,其分蘖成穗率显著降低,无效分蘖变多,表明OsIAA11参与了生长素对分蘖芽发生的调节代谢。

利用CRISPR/Cas9创建osarf7突变体及其农艺性状调查

【目的】探究OsARF7基因在水稻生长发育中的生物学功能及其对水稻农艺性状的影响。【方法】利用CRISPR/Cas9技术,在粳稻中花11背景下对OsARF7进行定向编辑,获得OsARF7基因突变植株,并考查其农艺性状。【结果】获得22株T0代转基因株系,经PCR扩增潮霉素基因鉴定出20株阳性植株。提取T2代转基因植株的基因组DNA,通过对OsARF7的2个编辑位点区域DNA片段进行PCR扩增及测序分析,筛选到15种突变类型的纯合基因型植株。基因表达分析显示,osarf7突变体的OsARF7和生长素转运关键基因OsPIN1b、Os PIN2和OsLAX2的表达量均显著低于野生型。田间调查发现,与野生型相比,osarf7突变体的分蘖成穗率显著降低,其中,分蘖数比野生型增多的osarf7突变体,有效穗数基本保持不变,而分蘖数与野生型相近的osarf7突变体,有效穗数少于野生型,最终表现为无效分蘖明显增多,分蘖成穗率降低。【结论】OsARF7基因与生长素调控水稻分蘖发生相关,并影响分蘖芽的生长发育及成穗;OsARF7基因突变会导致迟发分蘖芽不能正常发育成穗;粳稻OsARF7突变体的创建对揭示OsARF7基因生理功能和探索生长素促控分蘖发生与成穗机理等具有积极意义。