單堿基修改小麥基因組，引入優(yōu)良性狀

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來源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯

2019-04-16

《自然》雜志子刊，植物學(xué)領(lǐng)域的知名期刊《Nature Plants》上刊登了一篇由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋課題組與高彩霞課題組，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)姜臨建課題組聯(lián)合帶來的研究論文。

《自然》雜志子刊，植物學(xué)領(lǐng)域的知名期刊《Nature Plants》上刊登了一篇由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋課題組與高彩霞課題組，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)姜臨建課題組聯(lián)合帶來的研究論文。通過CRISPR單堿基編輯技術(shù)，這支團(tuán)隊(duì)成功在小麥內(nèi)引入了耐除草劑的優(yōu)良性狀，有望幫助農(nóng)民解決雜草帶來的問題。

在中國，種植小麥的農(nóng)民往往會(huì)遭遇一種叫做“節(jié)節(jié)麥”（goatgrass，Aegilops tauschii）的惡性雜草。這種雜草從親緣關(guān)系上看與小麥非常接近，因此難以去除。目前，中國唯一獲批能用于清除節(jié)節(jié)麥的除草劑是甲磺胺磺?。╩esosulfuron），但它也同樣會(huì)對(duì)小麥造成損傷，實(shí)用性有所受限。

人們也曾想過用其他除草劑來治理節(jié)節(jié)麥。譬如咪唑啉類除草劑可以消滅節(jié)節(jié)麥，而且有些小麥品種能對(duì)其產(chǎn)生耐受。然而這種具有**的除草劑能在土壤中停留數(shù)月乃至數(shù)年的時(shí)間，這就會(huì)限制這片土地的利用率，讓它們無法用于其他敏感作物的種植。為此，研究人員們一直在尋找具有特定優(yōu)良性狀的小麥，讓它可以耐受一些低危害，且能殺傷節(jié)節(jié)麥的除草劑。

這正是本篇論文的突破所在。這支聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的CRISPR單堿基編輯技術(shù)，對(duì)高產(chǎn)小麥品種“科農(nóng)199”進(jìn)行了基因編輯。具體來看，對(duì)小麥乙酰乳酸合成酶（ALS）基因的編輯，讓其能夠耐受煙嘧磺?。╪icosulfuron）。這是一種低危害的除草劑，不會(huì)像咪唑啉類除草劑那樣影響后續(xù)種植的植物，因此有著重要的實(shí)用價(jià)值。

此外，研究人員們還做了另外一些能耐受除草劑的修飾。譬如倘若同時(shí)修飾ALS基因的兩個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)，就能使小麥耐受甲咪唑煙酸（imazapic），且耐受幅度為田間用量的3-5倍！而對(duì)乙酰輔酶A羧化酶（ACCase）的修飾，則能讓小麥耐受另一種除草劑喹禾靈（quizalofop）。

這些結(jié)果不僅帶來了具有優(yōu)良耐除草劑性狀的小麥，還有望指導(dǎo)未來的研究?？茖W(xué)家們指出，他們發(fā)現(xiàn)的一些位點(diǎn)在不同植物種類中均保守存在。類似的位點(diǎn)也可以用于其他耐除草劑植物的培育。

正如研究人員們?cè)谡撐牡恼兄赋龅哪菢?，他們帶來的這個(gè)系統(tǒng)有潛力能大大促進(jìn)單堿基編輯在作物改良中的應(yīng)用。

參考資料：

[1] Rui Zhang et al., (2019), Generation of herbicide tolerance traits and a new selectable marker in wheat using base editing, Nature Plants,

[2] CRISPRed wheat helps farmers control weeds, Retrieved April 15, 2019,

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