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科学家首创抗除草剂甘蓝型油菜新种质

2020-03-02 10:39:43来源:中国科学报作者:李晨编辑:bianji2
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    杂草危害可使我国油菜籽产量下降15.8%,严重的田块减产幅度可达50%以上。培育抗除草剂油菜新品种是增加油菜产量、实现油菜规模化种植的重要举措。近日,《植物生物技术杂志》(Plant Biotechnology Journal)在线发表扬州大学教授王幼平团队最新成果,首次报道在油菜中实现单碱基编辑,并成功对乙酰乳酸合成酶基因(ALS)进行编辑,创制出抗苯磺隆除草剂的油菜新种质。
    论文通讯作者王幼平介绍,基于CRISPR/Cas9的碱基编辑器已被成功用于多种植物,包括拟南芥、水稻、玉米小麦棉花等,但此前还没有碱基编辑技术被应用于油菜的报道。
    ALS是植物和微生物中3种支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)生物合成的关键酶。喷施ALS类除草剂可使植物体内ALS活力降低,导致3种支链氨基酸合成受阻,植株生长受抑。已知ALS的某些氨基酸残基的改变可以引起植物对ALS类除草剂的敏感性下降,从而产生对ALS类除草剂的抗(耐)性。
    异源四倍体甘蓝型油菜中共有5个拷贝的ALS基因。通过转录组分析发现,只有BnALS1和BnALS3组成型表达,且两者高度同源,与拟南芥AtALS氨基酸同源性达92.8%,是创制抗除草剂油菜的理想编辑靶点。
    研究人员在成功对BnALS1基因Pro197进行靶向突变,共获得两种类型的突变体,碱基编辑效率为1.8%。上述突变体可稳定遗传,并在T1代即可获得剔除T-DNA的纯合突变材料。分别对野生型(转基因受体材料)、纯合突变体和杂合突变体喷施不同浓度的苯磺隆,发现野生型植株在较低浓度下就受到严重药害,而 P197S纯合突变体和杂合突变体在3倍于田间推荐喷施剂量的浓度下均未表现任何药害症状,且纯合突变体在更高剂量下仍然能存活。
    该研究还开发了该抗除草剂位点的特异功能分子标记,可用于油菜抗除草剂分子标记辅助选择育种。
    相关论文信息:https://doi.org/10.1111/pbi.13368
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