浮萍是一种漂浮在水面生长的单子叶植物，其生长速度快，结构简单，几十年来一直是植物生物学研究的模式体系，很多基础的生物学过程，例如光周期控制开花、生长素合成途径以及细胞周期节律等均以浮萍作为体系进行研究。近年来随着研究的深入，发现浮萍具有高光效，淀粉产量高，木质素含量低易于后期加工转化等特点，在生物能源领域具有广阔的应用前景。另外浮萍可大量吸收重金属、氮磷和其他污染物，在植物修复领域应用广泛。浮萍生长速度快、蛋白含量高，是生产重组蛋白的理想底盘植物。浮萍蛋白含量高，氨基酸组成全面，营养价值高，甚至可以作为人类的营养补充剂，浮萍蛋白粉产品LENTEIN目前已经在美国上市。尽管浮萍在基础和应用研究领域方面均具有广阔的应用前景，但目前浮萍的相关研究受限于缺乏高效的遗传转化体系和精确的基因组编辑等遗传操作平台。
近日，Plant Biotechnology Journal 在线发表了中国科学院青岛生物能源与过程研究所周功克研究员团队题为 Efficient genetic transformation and CRISPR/Cas9-mediated genome editing in Lemna aequinoctialis 的论文。该研究建立了快速高效的浮萍遗传转化体系和基于CRISPR/Cas9介导的基因组编辑的平台。中国科学院青岛生物能源与过程研究所周功克研究员和马玉彬副研究员为本文的通讯作者，博士后刘宇和助理研究员王宇为本文的第一作者。
通过优化遗传转化方法，作者将农杆菌介导的浮萍遗传转化周期缩短至5-6周，且成功率超过94％。以浮萍类胡萝卜素合成关键酶八氢番茄红素脱氢酶（phytoene desaturase，LaPDS)为靶基因，设计三个靶点，利用CRISPR/Cas9系统获得105个转基因株系，其中15个突变株为LaPDS双等位基因突变株，双等位突变株呈现白化表型。对CRISPR/Cas9介导的突变株进行分析，结果表明大多数突变类型为短片段的插入和缺失，也存在不同靶点间的大片段插入和缺失。这项研究首次在浮萍中建立了基于CRISPR/Cas9介导的基因组编辑平台，为后续在浮萍基础和应用领域的深入研究开辟了新途径。
图1浮萍高效遗传转化体系建立
图2 CRISPR/Cas9介导的浮萍基因组编辑突变效率和不同类型突变体表型
图3 CRISPR/Cas9介导的浮萍基因组编辑突变形式和频率分析
这项工作得到了国家科技支撑计划，国家自然科学基金，中国科学院重点部署项目，中国科学院科技服务网络计划项目，山东省自然科学基金，中国科学院青年创新促进会，青岛市科技项目和山东泰山学者项目的支持。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13128
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