CRISPR/Cas9技术让水稻育种更高效

CRISPR/Cas9技术让水稻育种更高效

引用

中国科学院

等

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来源

1.

https://www.cas.cn/syky/202410/t20241018_5036626.shtml

2.

https://www.forwardpathway.com/137612

3.

https://www.sagc.org.cn/zxyw/content_5648

4.

https://www.chinbullbotany.com/EN/lexeme/showArticleByLexeme.do?articleID=98025

5.

https://www.cnblogs.com/miyuanbiotech/p/18403053

2024年10月，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队在《植物生物技术杂志》发表重要研究成果：通过CRISPR/Cas9技术编辑水稻基因组中的转座子，成功改良了水稻的产量和耐盐性。这一突破不仅展示了CRISPR/Cas9技术在水稻育种中的巨大潜力，也为全球粮食安全提供了新的解决方案。

转座子是真核生物基因组中广泛存在的DNA重复序列，在水稻基因组中占比高达35%。这些看似普通的DNA片段，实际上是调控基因表达和产生遗传变异的重要来源。李家洋团队创新性地利用CRISPR/Cas9技术，对水稻基因OsGRF4和OsSNAC1的非编码区进行转座子编辑，实现了对目标基因表达的精确调控。

在产量改良方面，研究团队发现OsGRF4基因能够正向调控水稻产量性状。通过CRISPR/Cas9技术删除OsGRF4基因下游非翻译区中的一个294-bp PIF/Harbinger超家族MITE转座子，成功创制出过表达的等位基因型。这一编辑显著提高了OsGRF4蛋白的丰度，进而改善了与产量相关的农艺性状。

在耐盐性改良方面，研究团队将一个430-bp的mPing转座子插入到耐盐基因OsSNAC1的上游非翻译区。这一操作显著提升了OsSNAC1基因在盐胁迫条件下的转录水平，增强了水稻的耐盐性。

与传统育种方法相比，CRISPR/Cas9技术展现出显著优势：

1. 精准性：通过向导RNA精确定位目标基因，实现对DNA序列的精确修改，避免了传统育种中的盲目性。

2. 高效性：CRISPR/Cas9技术的操作简单快捷，大大缩短了育种周期，使科学家能够快速获得具有特定性状的新品种。

3. 多功能性：不仅可以实现基因敲除和敲入，还能通过碱基编辑和引导编辑实现更精细的基因组修饰。

4. 成本效益：相对较低的技术成本使其易于大规模应用，为科研和农业生产带来经济优势。

尽管CRISPR/Cas9技术在水稻育种中展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战。例如，盐胁迫和干旱胁迫是水稻生产的主要威胁。这些非生物胁迫通过破坏离子平衡、抑制光合作用等方式影响水稻生长，严重威胁全球粮食安全。

未来的研究方向将集中在：

1. 深入挖掘抗逆基因：通过基因编辑技术精准定位并增强与抗逆性相关的基因功能。

2. 跨学科合作：结合多组学分析方法和智能农业技术，提高水稻的资源利用效率。

3. 公众科普教育：加强转基因技术的科学普及，消除公众疑虑，促进基因编辑作物的推广与应用。

CRISPR/Cas9技术正在为水稻育种插上科技翅膀，不仅能够培育出更高产、更优质的水稻品种，还能增强水稻对环境胁迫的抵抗力，为保障全球粮食安全提供强有力的技术支持。随着研究的不断深入，我们有理由相信，这项技术将在未来农业生产中发挥越来越重要的作用。