JIPB | 农学院玉米研究中心自主知识产权的CRISPR/Cas12i.3基因编辑系统在黍稷中成功实现基因编辑
前期，中国农业大学自主研发出了基因编辑技术底盘工具CRISPR/Cas12i和CRISPR/Cas12j，并分别在玉米、水稻、小麦等作物中建立了基因编辑技术体系。为了进一步拓展该工具的应用范围，团队选取了起源于我国且最为古老的农作物黍稷 (又称糜子) 为研究对象，开展基因编辑技术体系建立的研究。黍稷作为抗逆先锋作物，具有出色的节水耐旱、耐盐碱、耐瘠薄等特点。同时，黍稷还具有丰富的营养价值、较强的环境适应能力。然而，黍稷的产量遗传改良进程缓慢，单产水平一直维持在较低水平，基因编辑技术体系的建立将大大加快黍稷产量性状的遗传改良。
近日，JIPB在线发表题为“Application of CRISPR/Cas12i.3 for targeted mutagenesis in broomcorn millet”的研究成果 (https://doi.org/10.1111/jipb.13669)。团队首次建立了有效且稳定的农杆菌介导的黍稷遗传转化体系，并利用自主知识产权的基因编辑底盘工具CRISPR/Cas12i.3对黍稷株高性状调控基因靶向编辑，以期为黍稷产量性状遗传改良创制优异矮秆耐密种质资源。在玉米中，BRACHYTIC2 (BR2) 基因功能缺失能够在不影响节间数目的情况下显著降低节间长度，导致株高明显降低。通过建立农杆菌介导的黍稷稳定遗传转化体系，以BR2基因为研究目标，利用CRISPR/Cas12i.3基因编辑系统对黍稷中两个BR2同源基因PmBR2a和PmBR2b进行编辑，成功地获得了节间缩短且株高显著降低的矮秆耐密新种质。表型分析发现，pmbr2-1和pmbr2-2除了株高明显降低以外，籽粒大小和百粒重等其他农艺性状无明显差别，这为通过降低株高增加种植密度来提升黍稷单产提供了重要种质基础。
图1. 根癌农杆菌介导的黍稷高效遗传转化方案及CRISPPR/Cas12.3基因编辑系统
中国农业大学玉米生物育种全国重点实验室、农业农村部基因编辑创新利用重点实验室宋伟彬教授和北京市农林科学院刘亚研究员为该论文的通讯作者。中国农业大学博士研究生白雨禾、博士后刘胜男和博士研究生白岩为论文共同第一作者，中国农业大学和北京市农林科学院联培研究生徐郅淞参与了基因编辑工具的优化工作，赖锦盛教授、赵海铭副教授、赵海楠研究员对本研究提供了重要帮助。该研究得到了国家自然科学基金 (32271541)、国家重点研发计划 (2021YFD1200701)、良种攻关项目 (2022010202, B21HJ0509) 和拼多多-中国农业大学研究基金 (PC2023A01004) 的支持。
文章引用：
Bai, Y., Liu, S., Bai, Y., Xu, Z., Zhao, H., Zhao, H., Lai, J., Liu, Y. and Song, W. (2024), Application of CRISPR/Cas12i.3 for targeted mutagenesis in broomcorn millet (Panicum miliaceum L.). J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13669