基因组编辑获得“永不凋谢”的牵牛花

  基因组编辑获得“永不凋谢”的牵牛花,尽管sgRNA靶向的是外显子区域,但绝大部分突变植株ACO1的表达量也出现了显著下调。表型分析表明,不同的代表性T0突变植株均表现出乙烯含量的显著降低和花朵寿命的显著延长,同时这一表型能够稳定遗传给T1后代而不改变植株的营养生长和花器官的形态。这一研究表明CRISPR/Cas9可以作为有效的工具用于园艺植物的定向改良。

  牵牛花是重要的园艺植物,由于能不停的长出新的花朵,其花期极长。但是由于牵牛花对乙烯,对于每一朵花而言,在花朵的后期,随着乙烯的产生,的花朵会迅速衰老凋谢。延长牵牛花每一朵花的寿命,使牵牛花的鲜花时刻挂满枝头是种花人梦想与追求。

  首先,作者设计了两条sgRNA1/2,通过PEG的方法将Cas9-sgRNA核酸蛋白复合体进行原生质体并测序分析,选取了编辑效率更高的sgRNA1并构建载体,通过农杆菌介导的法牵牛花叶盘,同时空载体作为对照。对最终获得的127株转基因再生T0植株ACO1靶标区域测序表明,共31.5%的植株发生突变。在突变的植株中,纯合突变,杂合突变和嵌合突变分别占2.5%,15%,82.5%。对ACO1同源基因ACO3/4的sgRNA1标靶同源区域进行测序没有发现脱靶现象。

  花朵的凋谢和乙烯的含量有着千丝万缕的联系。在本项研究中,研究人员首先分析了矮牵牛品种“幻想玫瑰”从花芽生长到花朵盛开的7个时期中乙烯合成关键酶ACO家族的表达变化,在这7个时期中ACO1/3/4均呈现出表达量逐步升高的趋势,这与花朵中乙烯含量的升高高度吻合。其中ACO1的表达量远远高于其同源基因ACO3和ACO4,因此作者选取了ACO1作为目标研究对象,通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑方法,对ACO1进行了敲除突变。

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