抽穗期是影響水稻品種季節(jié)適應(yīng)性和區(qū)域適應(yīng)性的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。對于特定區(qū)域，早抽穗品種不能充分利用光溫資源，難以獲得高產(chǎn)。晚抽穗品種在灌漿期可能會遇到霜凍脅迫，也會導(dǎo)致產(chǎn)量下降或無法收獲。因此抽穗期合適的品種可以最大限度地規(guī)避前期高溫、后期冷害等不利氣候條件，實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)量潛力。利用基因編輯可以更精確快速地改變水稻的抽穗期，但直接敲除調(diào)控抽穗期的重要基因會引起抽穗期的大幅度改變且伴隨重要農(nóng)藝性狀的變化，因此定量調(diào)整優(yōu)良品種的抽穗期以適應(yīng)更廣泛區(qū)域仍存在挑戰(zhàn)。
針對這個精細(xì)調(diào)控抽穗期問題，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬建民院士團(tuán)隊在Plant Biotechnology Journal發(fā)表了題為“Fine tuning rice heading date through multiplex editing of the regulatory regions of key genes by CRISPR-Cas9”的研究論文。該研究開發(fā)了一種基于CRISPR-Cas9名為High-efficiency Multiplex Promoter-targeting (HMP) 的啟動子編輯技術(shù)，利用該技術(shù)對重要抽穗期調(diào)控基因的啟動子區(qū)域的高效編輯，定量調(diào)控靶基因的表達(dá)，獲得了水稻種質(zhì)抽穗期的連續(xù)變異，可對現(xiàn)有優(yōu)良品種的抽穗期進(jìn)行調(diào)控，擴(kuò)大優(yōu)良品種的適宜種植區(qū)域。
圖1 利用HMP技術(shù)獲得的Hd1 啟動子編輯系發(fā)生抽穗期的連續(xù)變異
HMP技術(shù)通過sgRNA和tRNA的串聯(lián)，同時靶向單個基因啟動子區(qū)域的多個靶點(diǎn)，在靶基因的順式調(diào)控區(qū)域產(chǎn)生等位基因變異，可以不同程度地改變目標(biāo)基因的表達(dá)量，從而對重要農(nóng)藝性狀實(shí)現(xiàn)定量調(diào)節(jié)。該研究團(tuán)隊以高產(chǎn)、良好食用品質(zhì)的寧粳8號（NJ8）為研究背景，通過HMP策略靶向抽穗期調(diào)控基因Hd1啟動子獲得的編輯系抽穗期在Hd1功能缺失突變體和NJ8抽穗期之間的全范圍定量變異。并通過田間試驗在江蘇高緯度地區(qū)對最佳適配品系進(jìn)行現(xiàn)場篩選，成功選育出高產(chǎn)品種寧粳8號（NJ8）的輕度早抽穗優(yōu)質(zhì)表型種質(zhì)。此外研究團(tuán)隊利用HMP技術(shù)對其他抽穗期調(diào)控基因Ghd7和DTH8啟動子的靶向編輯都產(chǎn)生了高豐度突變，并實(shí)現(xiàn)了抽穗日期的定量變化。
研究團(tuán)隊通過HMP策略對抽穗期調(diào)控基因的啟動子靶向編輯獲取了優(yōu)良品種的抽穗期定量變化，從而有利于篩選出抽穗期適宜不同生態(tài)區(qū)的改良材料，為將優(yōu)良品種推廣到更廣闊的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)品種效益最大化提供了工具。
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