水稻抗病相关基因OsBR1顺式调控序列的基因组编辑研究

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水稻(Oryza Sativa)是我国第一大粮食作物,在我国国民生活及国家粮食生产安全中占有十分重要的地位。影响水稻高产和稳产的的原因有很多,其中病虫害的影响为主要原因之一。其中,水稻稻瘟病是水稻的三大病害之首。然而,稻瘟病菌生理小种变异迅速,随着时间、自然和栽培条件的变化,抗病品种对新的优势生理小种不再具有抗性或者抗性减弱。因此,充分利用基础抗性相关基因,培育优良持久广谱抗病品种,已成为水稻育种工作者的一种共识[1]。我们实验室近年来开展了水稻抗稻瘟病相关基因的研究,创制了大量RNAi材料和过表达材料,并筛选出了一些呈负调控的水稻抗病相关基因。本研究通过对1个稻瘟病抗性相关基因OsBR1启动子区的顺式调控序列进行预测,利用CRISPR/Cas9技术构建了OsBR1启动子的一系列多个靶向序列的基因组编辑载体。并且,利用红色荧光蛋白基因mCherry辅助筛选和PCR测序验证,筛选获得了大量pPLY17、pPLY46和pPLY52的OsBR1基因启动子突变体材料。本研究对pPLY17突变体材料的T0代和T1代进行了较为详细的基因编辑分析,发现并初步筛选了21株T1代无T-DNA基因编辑纯合植株,三个靶位点主要为点突变,并且每个靶位点突变类型集中固定在同一个位置,特异性较高;当然也筛选到了大片段缺失突变纯合植株pPLY17-T0-20。同时,对这些材料进行了突变类型总结与分析,发现总共有10种突变类型,结合定量分析和启动子顺式元件分析,最终,筛选出了一些基因OsBR1差异表达显著的材料。本研究不仅利用基因编辑技术筛选到了无T-DNA水稻材料,而且利用双荧光Ac/Ds转座子系统筛选到了无选择标记植株,效率达到了31.0%。最后还利用Southern杂交技术,未检测到GFP基因的存在,表明这些无选择标记植株不含T-DNA相关序列,筛选效率高于单荧光系统,同时没有检测到假阳性的存在。在本研究中,我们验证了玉米Ac/Ds转座系统可以常规用于在水稻中产生无选择性标记的转基因植物。就转基因安全性而言,Ac/Ds元件是来自玉米的天然基因组序列,并且Ds介导的转基因重新整合策略需要有限数量的初级转化体并导致具有确定边界的完整转基因插入。因此,该载体系统可用于水稻中的无选择性标记转化,并且可能用于其他作物,包括转化方面的顽固性物种。
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