刘巧泉教授团队报道通过编辑水稻Wx基因启动子创制可微调直链淀粉含量的新等位基因学术资讯

来源：植物科学最前沿

原标题：PBJ ：扬州大学刘巧泉教授团队报道通过编辑水稻Wx基因启动子创制可微调直链淀粉含量的新等位基因

4月27日，扬州大学农学院、植物功能基因组学教育部重点实验室和江苏省作物基因组与分子育种重点实验室刘巧泉教授团队在国际生物技术著名期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Creating novel Wx alleles with fine-tuned amylose levels and improved grain quality in rice by promoter editing using CRISPR/Cas9 System ”的研究论文。该研究通过CRISPR/Cas9技术编辑水稻Wx基因启动子上的关键顺式作用元件调节基因表达，创制了多个可微调直链淀粉含量的新Wx等位基因，为水稻优质育种提供了新种质与新方法。

直链淀粉含量（Amylose content, AC）是衡量稻米品质的最重要指标，AC过高的稻米其蒸煮与食味品质往往较差。水稻胚乳中的直链淀粉是由Wx基因编码的淀粉颗粒结合淀粉合成酶（GBSSI）催化合成的。在栽培稻中已克隆了多个Wx复等位基因，这些自然等位变异导致不同水稻品种间AC和蒸煮食味品质存在广泛变异。刘巧泉团队最近的研究表明，栽培水稻驯化过程中其籽粒AC有从高到低演变的趋势（Zhang et al., Mol Plant, 2019）。近几十年来，利用特定的Wx等位基因（如Wxb、Wxin和Wxmp等）适当降低AC是稻米品质改良育种取得重大进展的主要原因。但是，过低AC使米饭太粘，也会影响稻米的外观品质。因此，AC过高或过低都不利于稻米品质改良。当前育种家迫切需要可在现有广泛应用的Wx等位基因基础上微调其表达进而适度调控AC的新种质和新技术。

水稻Wx基因在胚乳中特异性高表达，启动子区含有多个顺式调控元件，包括ACGT、OsBP5、GCN4和TATA box等。该研究中，作者先分析了Wx基因启动子的顺式作用元件，利用CRISPR/Cas9技术在广泛应用的Wxb等位基因背景下针对其中多个关键元件设计了共7个靶位点进行编辑（S1-S7），获得了除S6位点未编辑外的多种突变类型。通过AC测定，发现其中仅有位于Wx核心启动子（TATA box）的S7位点编辑材料种子中的AC适度降低，其他位点编辑材料AC均无显著改变。进一步筛选获得了6种S7位点不同突变的新Wxb等位类型，AC从野生型的16.80%下降到10.66-14.85%。进一步通过表达分析和启动子活性的体外验证证明了编辑该位点确实可以适度调节Wx基因的表达。该研究同时注意到在不同气候条件下新的Wx等位变异材料表现出不同的变化趋势。在海南冬季种植条件下，含6种新Wx等位基因的材料种子中AC均显著降低；而在扬州夏季种植条件下，6种新等位变异材料中AC变化幅度较小。进一步的试验表明水稻籽粒灌浆期温度差异可能是导致同一突变基因在两地表达不同进而引起AC变化差异的主要原因。与野生型对照相比，新Wx等位基因材料在植株生长发育、产量和稻米外观品质等性状上均未表现出显著变化。

上述研究提供了一个可有效并温和调节Wx基因表达的启动子靶位点，并创制了6种新的Wx等位基因及其新种质。值得一提的是，在已克隆的所有Wx等位基因中S7靶位点序列非常保守。因此，在不同Wx等位基因中编辑该位点将有机会获得更多微调AC的新Wx等位基因。同时，该研究也表明编辑基因的核心启动子可能是一种适度调节目的基因表达的通用型方法。博士研究生黄李春、李钱峰副教授和张昌泉副教授为论文共同第一作者，刘巧泉教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发项目和转基因重大专项等资助。

图1 利用CRISPR/Cas9编辑Wx启动子创建新Wx等位基因

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13391

来源：frontiersin 植物科学最前沿

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