實(shí)驗(yàn)室里培育的油菜花 課題組供圖
近日，《植物通訊》上在線(xiàn)發(fā)表了題為《利用CRISPR編輯BnaIDA基因創(chuàng)建抗裂角、花器官不脫落和避菌核病甘藍(lán)型油菜新種質(zhì)》的論文。該研究利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功同時(shí)編輯了植物小肽基因BnaIDA-A07/C06，獲得了不含外源T-DNA的穩(wěn)定遺傳雙突變株系；并顯示該株系具有避菌核病、花器官不脫落和抗裂角的優(yōu)良性狀。
油菜是我國(guó)種植面積最廣的油料作物之一，是主要的食用油來(lái)源。我國(guó)每年需進(jìn)口大量食用植物油，約占消費(fèi)量的60%-70%，嚴(yán)重威脅食用油供給安全?，F(xiàn)今，為充分發(fā)揮油菜多功能性，促進(jìn)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，國(guó)內(nèi)油菜不僅是我國(guó)主要食用油來(lái)源，也逐漸成為觀(guān)賞性植物，是我國(guó)鄉(xiāng)村振興重要經(jīng)濟(jì)作物之一。菌核病是嚴(yán)重影響油菜產(chǎn)量的病害之一，通常在田間通過(guò)釋放子囊孢子在花瓣上進(jìn)行初次萌發(fā)，最后掉落在濕度較大的油菜葉片和葉腋處大面積發(fā)病，帶來(lái)了巨大的產(chǎn)量損失。再加上油菜采收機(jī)械化程度較低，機(jī)械收割過(guò)程中籽粒損耗多，導(dǎo)致了生產(chǎn)成本高，種植油菜積極性不高等一系列問(wèn)題。
在擬南芥中，花器官的脫落受到IDA小肽、HAE/HSL2受體、MAP級(jí)聯(lián)信號(hào)及其下游KNOX轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控；IDA信號(hào)通路主要調(diào)控花器官脫落的后期，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞壁的酶解，直接誘導(dǎo)花器官的脫落。
該研究成功從油菜中克隆出IDA的同源基因：通過(guò)生物信息學(xué)方法比對(duì)后，發(fā)現(xiàn)BnaIDA-A07/C06基因與擬南芥IDA的親緣關(guān)系最近，且在花和角果中高表達(dá)。接著利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)對(duì)這兩個(gè)基因同時(shí)編輯，并通過(guò)自交，成功分離出外源Cas9蛋白，獲得的純合ida-d17突變體從開(kāi)花期至角果完全成熟的過(guò)程中，花器官始終不脫落，可延長(zhǎng)油菜花的觀(guān)光時(shí)間。
角果開(kāi)裂也是一種細(xì)胞分離過(guò)程。由于角果成熟的不一致性，油菜籽粒的損失明顯。對(duì)ida-d17的成熟角果進(jìn)行開(kāi)裂力測(cè)試發(fā)現(xiàn)，ida-d17的角果抗裂能力增強(qiáng)。自然條件下，核盤(pán)菌子囊孢子在油菜凋落的花瓣中帶菌率最高，那么，阻斷花器官的脫落是否可防止菌核病的傳播呢？與野生型相比，課題組發(fā)現(xiàn)在人工條件下，盡管核盤(pán)菌子囊孢子仍在ida-d17突變體的花瓣中萌發(fā)，并表現(xiàn)出弱的病癥，但由于花瓣不脫落，核盤(pán)菌無(wú)法在濕度較大的油菜葉片和葉腋處大面積生長(zhǎng)并致病，表明ida-d17突變體花器官的不脫落具有菌核病避病性狀。
綜上所述，該研究通過(guò)CRISPR編輯技術(shù)創(chuàng)制了一種新的種質(zhì)資源，它既能減少機(jī)械化收獲過(guò)程中的損失，避菌核病，又有利于油菜觀(guān)光產(chǎn)業(yè)。
據(jù)悉，江蘇大學(xué)研究員譚小力為通訊作者，江蘇大學(xué)博士生耿瑞為論文第一作者。江蘇大學(xué)智能農(nóng)機(jī)裝備理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授徐立章、挪威科學(xué)與文學(xué)學(xué)院院士Reidunn Aalen和挪威奧斯陸大學(xué)博士施春林參與了部分研究工作。該研究工作由江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目的資助完成。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100452
文章來(lái)源：科學(xué)網(wǎng) 2022年9月22日
文章鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/9/486718.shtm
