利用高效基因编辑技术体系实现小麦单倍体植株的高效率诱导

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物转基因技术与应用创新团队利用优化的CRISPR技术体系编辑小麦 TaMTL 基因，成功实现了小麦单倍体植株的高效率诱导。相关研究成果以Editing TaMTL gene induces haploid plants efficiently by optimized Agrobacterium-mediated CRISPR system in wheat为题发表在Journal of Experimental Botany上。

近年来，以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术已逐步成为植物遗传改良的重要工具，在拟南芥、水稻、玉米等二倍体植物中的应用非常成功，但在小麦中的编辑效率还比较低。

研究团队通过比较试验，创建了一套包括双靶点、优选启动子和CRISPR蛋白的小麦基因编辑策略。进一步将优化因素用于CRISPR/Cas9编辑系统，重点对小麦 TaMTL 基因进行了编辑，编辑效率达57.5%，大片段删除效率达40.2%，并发现2个靶点间序列删除后存在反向插入现象。研究人员进一步对编辑后的植株进行表型、分子和细胞学鉴定，发现编辑植株繁茂性和结实率等性状显著降低 (图1，图2)，单倍体籽粒诱导率达18.9%，同时，首次在禾谷类作物 MTL 基因编辑植株中发现了胚缺失型、胚和胚乳双缺失型籽粒表型 (图 2)。该项研究成果为利用CRISPR编辑技术对小麦重要基因进行高效遗传修饰和在小麦中实现目标基因的定点插入等研究奠定了基础，为探究 TaMTL 基因沉默导致胚胎和胚乳的败育机理提供了材料。获得的突变体材料将作为诱导系诱导小麦杂交后代产生单倍体，加速优良基因型纯合，对小麦单倍体育种具有较好应用价值。

2017级博士研究生刘会云为论文第一作者，叶兴国研究员和王轲副研究员为论文通讯作者。研究得到了国家转基因重大专项、重点研发计划和中国农科院创新工程等项目的资助。

来源：中国农科院作科所。文章链接：

https://doi.org/10.1093/jxb/erz529