The Crop Journal | 利用TadA8e构建小麦高效腺嘌呤碱基编辑器并创制小麦抗二硝基苯胺种质

    ▼小麦作为三大作物之一，其高效种植与除草剂的有效应用密不可分。

    二硝基苯胺作为微管组装干扰剂，具有高效、低毒和除草谱的特点，应用潜力较大。

    然而，二硝基苯胺的土壤残留会影响小麦萌发生长，鲜有小麦品种耐受该药剂，这大大限制了其在小麦生产中的应用。

    CRISPR的腺嘌呤碱基编辑器（ABE）已成功应用于模式植物和许多作物，是作物育种的有力工具。

    然而，在小麦（异源六倍体）等多倍体作物中，常需要同时突变多个等位基因来实现快速育种。

    现有的ABE编辑效率较低，应用受到限制。

    近日，山东师范大学生命科学学院马长乐教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Generation of a high-efficiency adenine base editor with TadA8e for developing wheat dinitroaniline-resistant germplasm”的研究论文。

    研究团队利用新创建的小麦高效腺嘌呤编辑器WhieABE8e，对小麦α类tubulin基因进行多位点精准突变，实现了小麦抗二硝基苯胺种质的快速创制，为小麦抗除草剂品种改良提供了参考。

    腺嘌呤脱氨酶（TadA）是ABE的重要功能组分。

    2020年David Liu团队开发了新型脱氨酶TadA8e，用于ABE后比之前版本的TadA7.10编辑效率显著提高。

    TadA8e近期已在植物中获得应用，并在水稻中被证明优于TadA7.10。

    在同期研究中，该文作者采用TadA8e，结合编辑器结构优化和小麦密码子优化，构建出小麦高效腺嘌呤编辑器WhieABE8e。

    通过检测其对小麦原生质体中GFP-mCherry报告系统和内源靶基因以及植株中tubulin的编辑情况，证明小麦中TadA8e介导的腺嘌呤编辑效率优于TadA7.10（图1）。

    图1 WhieABE的构建和编辑效率检测Tubulin是二硝基苯胺类除草剂的作用靶点。

    已有研究发现，牛筋草和水稻中α类tubulin的Met-268-Thr突变可以提高植物对该药剂的耐受性。

    该文作者鉴定到小麦的α类tubulin基因，并使用WhieABE对抗性相关保守位点精确编辑，在多个tubulin位点同时实现Met to Thr的突变，获得了有效耐受二硝基苯胺类除草剂的小麦种质材料（图2)，为小麦抗除草剂品种改良提供参考。

    图2 小麦tubulin突变株系的二硝基苯胺耐受性检测作者和基金项目山东师范大学生命科学学院韩化南博士为该文第一作者，王萍萍博士和马长乐教授为共同通信作者，山东省农业科学院作物研究所的李根英研究员团队参加了该项工作。

    该研究得到山东省农业品种改良工程项目(2019LZGC015)和国家自然科学基金项目(31901432)的资助。

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