中国农业科学院油料作物研究所胡琼团队研究新进展学术资讯

近日，中国农业科学院油料作物研究所胡琼团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为”Direct Modification of Multiple Gene Homoeologs in Brassica oleracea and Brassica napus Using Doubled Haploid Inducer-Mediated Genome Editing System”的研究论文，首次利用八倍体双单倍体诱导系作为基因编辑元件的转送介质，直接通过授粉的方式对油菜和甘蓝的FAD2基因进行基因编辑，获得了不含转基因元件的突变材料，这为基因编辑技术快速在难于进行遗传转化的育种材料中应用奠定了基础。

油菜和甘蓝是大众消费植物食用油和十字花科蔬菜的主要来源。菜籽油占比我国油料作物总产油量的55%以上，双低菜籽油的有益脂肪酸构成合理，其中饱和脂肪酸为7%左右，在大宗食用油中含量最低，单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸比例分别为73%和16%，与传统高端食用油橄榄油的73%和11%相当，菜籽油被认为是最健康的大宗食用油之一。建立完备高效的生物技术是作物遗传改良的重要途经。

基因编辑技术可以对控制关键农艺性状的基因位点进行定点改造，达到作物遗传改良的目的。目前，基因编辑系统主要采用农杆菌介导的方式，结合组织培养再生技术获得基因编辑材料。但是，植物遗传转化再生具有十分强的受体材料基因型的依赖性，这为基因编辑技术快速在大多数难于遗传转化的育种材料中应用带来了困难和挑战。

利用单倍体诱导系的花粉来递送基因编辑元件已在玉米，小麦、谷子等禾本科作物中报道，但利用双单倍体诱导系进行基因编辑还未在双子叶作物中成功应用。本研究成功的将基因编辑载体转化到八倍体十字花科双单倍体诱导系Y3380中，利用筛选的一株转基因材料Y3380-15分别对油菜和甘蓝进行授粉，在其后代中，共筛选到2株和9株不含转基因元件的油菜和甘蓝双单倍体突变材料，突变材料的编辑效率在油菜和甘蓝中的分别为 12.92%- 12.97%和1.89%-12.11%。八倍体双单倍体诱导系产生的突变可以稳定的遗传，但未检测到纯和的突变类型，这表明八倍体双单倍体诱导系介导的编辑方式可能和前期在禾本科作物中广泛应用的MATRILINEAL (MATL)单倍体诱导系介导的基因编辑系统在形成机制上可能会有所不同。八倍体双单倍体诱导系介导的基因编辑技术产生的突变材料的染色体结构与母本材料一致，不需要后期人工染色体加倍的操作，并且可以有效打破受体材料基因型对基因编辑技术应用的限制，快速的将优异的基因变异向育种材料中堆积，为高产、优质、多抗新品种的培育提供了技术储备。

中国农业科学院油菜作物研究所李超博士为论文第一作者。胡琼研究员和成都农林科学院付绍红研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(31700316), 基本科研业务费（1610172018009），湖北省自然科学基金（2018CFB543），湖北农业科技创新中心（201620000001048）和中国农业科学院创新工程的资助。