2021-08-29 文献分享 — 利用crispr-cas9技术实现植物快速育种

大家好，今天给大家分享的是一篇发表在BMC Plant biology上的关于 利用crispr-cas9技术实现植物快速育种 的文章。

图1.jpg

文章题目：Plant breeding at the speed of light: the power of CRISPR/Cas to generate directed genetic diversity at multiple sites(植物光速育种：CRISPR/Cas 在多个位点产生定向遗传多样性的能力)

期刊：BMC Plant biology

影响因子：IF = 4.215;

发文单位： 德国卡尔斯鲁厄技术研究所

文章作者：德国卡尔斯鲁厄技术研究所的Felix Wolter为第一作者，德国卡尔斯鲁厄技术研究所的Holger Puchta为通讯作者。

摘要：经典植物育种在产生高产作物品种方面极为成功。然而，在现代作物中，漫长的驯化过程使可用于育种的遗传多样性变得贫乏。这限制了通过经典方法进一步改进优良种质。CRISPR/Cas 系统以前所未有的方式为育种创造遗传多样性提供了新的机会。由于其多路复用能力，可以以有效的方式同时编辑多个位点，从而能够在一代之内将多个有益性状立即叠加到原种背景中。通过靶向调控元件，可以生成一系列可选择的转录等位基因，从而实现对所需性状的精确微调。此外，通过聚焦一代内所谓的驯化基因的同源物，可以将被忽视的、半驯化的和野生植物迅速推向主流农业的焦点。这使得能够利用野生物种或未栽培作物品种中存在的巨大遗传多样性来作为等位基因挖掘的来源库，广泛扩大作物种质库。

实验思路：

       编辑用于生成剂量效应等位基因的顺式调控元件。与常规编辑功能序列相比，顺式调控元件的编辑能够实现最佳基因表达水平的微调。红色表示抑制性转录因子，绿色表示激活性转录因子。红色三角形表示 CRISPR 切割位点。橙色部分表示 CRISPR/Cas 诱导的突变。

Fig1.jpg

实例1：

CSHL 的 Lippman 实验室通过编辑调控元件实现了花序结构的优化。他们编辑的基因是拟南芥基因SEPALLATA4和FRUITFULL在番茄中的同源基因。通过编辑同源基因的调控元件改善了番茄花序结构，增加了果实数量、重量和产量而不会同时降低糖含量。重要的是，最佳花序结构只能通过适度增加分枝来实现，即只能通过编辑调控元件微调基因表达剂量实现。编辑 花序相关的KO 等位基因导致了过度分枝的花序，从而产生了不育的花朵。

作者还确定了另一个可以作为编辑目标的顺式调控元件LIN，它是其他番茄SEPALLATA4的同系物。表达减少的LIN表达的等位基因可能会细微地增加花卉产量。水稻携带控制穗结构和谷物生产的LIN同源物的事实表明该方法可能会扩展到其他作物物种。

实例2：

通过 CRISPR/Cas9 介导的多重编辑从头驯化番茄。通过同时编辑涉及植物结构 (SP)、开花时间 (SP5G) 和果实大小 (SlCLV3 和 SlWUS) 的四个基因，Li 等人 实现了野生番茄的加速驯化。

Fig2.jpg

文章链接地址：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-019-1775-1