CRISPR/Cas9基因编辑技术在家畜育种新材料创制中的研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated, CRISPR/Cas)系统是最新一代能对细胞或生物体基因组进行精准编辑的基因工程技术,与前两代基因编辑技术ZFN和TALEN相比,CRISPR/Cas具有应用成本低、适用编辑范围广、打靶效率高、操作简单、可支持多位点操作等诸多优点。近年来,CRISPR/Cas系统尤其是Type II类、A型的CRISPR/Cas9系统已经作为最新一代基因编辑技术被广泛应用于提高家畜繁殖效率、生产性能、抗病性以及动物模型构建等研究中,并创制了一批基因编辑牛羊育种新材料。本文就其发展历程、技术改造和优化最新进展以及在家畜繁殖性状、生产性状和抗病性状等方面的研究应用进行综述,重点介绍了该系统在家畜育种学研究中已取得的最新进展,并就CRISPR/Cas9基因编辑技术在家畜育种应用中现存的问题及其应用前景进行简要论述。

利用基因组编辑技术定点突变IPA1基因创制水稻新株型材料

【目的】水稻株型改良是提高水稻产量的一个有效途径。水稻理想株型基因IPA1是一个调控水稻株型的关键基因,利用基因组编辑技术(TALENs技术)定点突变水稻IPA1基因,了解IPA1基因不同序列变异的株型效应,为进一步利用IPA1基因创制实用型水稻新株型材料奠定基础。【方法】利用TALENs技术定点突变优良恢复系明恢86的IPA1基因,通过测序鉴定突变体,种植于标准小区,调查分析其株型相关性状。【结果】利用TALENs技术获得了8种不同序列突变的水稻ipa1突变体,并通过转基因植株自交结合PCR分析筛选到去除了TALENs表达框,获得4种不含外源转基因成分的纯合突变体材料(IPA1基因表达区分别缺失2、4、16、23 bp)。表型分析发现,IPA1基因突变能够显著改变水稻的株高、有效穗数、穗长及穗粒数等性状。与野生型比较,缺失移码突变体株高降低7.9%~11.4%,有效穗数增加46.9%~68.4%,穗长短24.2%~29.3%,穗粒数减少31%~34%,结实率和千粒重差异不明显。【结论】利用TALENs技术定点突变水稻IPA1基因能够明显改变水稻株高、有效穗数、穗长及穗粒数等主要性状,产生水稻新株型。

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对CSSL37的YSA基因进行定点编辑

水稻是中国乃至世界重要的粮食作物之一,作物染色体片段置换系群体是作物新资源的挖掘、数量遗传研究和杂种优势利用研究的理想工具和材料。CRISPR-Cas9技术是近年发展起来的一种快速基因编辑技术,通过该技术已对多种植物的基因组进行了编辑。YSA的突变体ysa,由于在编码区5个碱基的缺失导致白化的性状,ysa在3叶期以前发育出白化叶,之后叶片逐渐变绿,到6叶期完全恢复成正常绿色。本研究利用CRISPR-Cas9技术,构建同时含有2个sg RNA载体,以CSSL37株系为材料,通过对YSA基因进行定向编辑和修饰。结果表明,获得CSSL37株系的转基因苗20株,有18个株系在目标区域内序列均发生变化,其中有2个株系在T0代已经纯合,出现目标性状的表型。该研究为进一步利用基因编辑体系和创制优异的水稻新材料提供了帮助。