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我科学家用CRISPR实现杨树定向诱变

最近,RNA引导的CRISPR/Cas基因组编辑,已被用于多种草本植物的基因组编辑。然而,该系统是否可用于木本植物的基因组编辑,仍然还是非常罕见的。今年六月份,美国乔治亚大学(UGA)的研究人员首次利用CRISPR/Cas基因编辑工具,修改杨属植物的基因组。他们的研究结果发表在植物学国际知名期刊《New Phytologist》,为更快速和更可靠的植物基因编辑,打开了大门。

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七月二十日,来自西南大学、中科院西北高原生物研究所的科学家,在Nature子刊《Scientific Reports》发表的一项研究中,通过CRISPR/Cas系统实现林木植物毛白杨(Populus tomentosa Carr.)的基因组编辑和靶基因突变。


作为一个最广泛种植的速生树种,杨树具有巨大的经济价值和生态价值。自从2006年毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组序列发布以来,现在有广泛的基因组资源可用于这个树种的功能基因组学研究,它已被用作森林遗传学和木本植物研究的一个模型。因此,了解杨树基因功能和转录调控的分子机制,对于树木遗传工程和可持续的森林管理,是至关重要的。


然而,相比较拟南芥、水稻和其他的一年生模式植物,木本植物由于营养生长期较长、遗传转化效率低和突变体数量有限,更难进行功能基因组学研究。尽管一些有前途的方法,可以产生杨树的基因敲除突变体,但是到目前为止,仍然缺乏大规模的基因突变体资源。


在这项研究中,研究人员利用CRISPR/Cas9系统,在毛白杨中实现了基因组编辑和靶基因突变。研究人员设计了四个引导RNA(gRNA),来靶定毛白杨八氢番茄红素脱氢酶基因8 (PtoPDS)的不同基因组位点。


在农杆菌介导的转化之后,研究人员在转基因杨树中观察到了明显的白化表型。通过分析RNA引导的基因组编辑事件,59个PCR克隆中有30个是纯合子突变体,有2个是杂合子突变体,这些目标位点的突变效率估计是51.7%。这些数据表明,我们可以利用Cas9/sgRNA系统,在木本植物中精确地编辑基因组序列,并有效地建立基因敲除突变体。


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