實驗室里培育的油菜花 課題組供圖
近日，《植物通訊》上在線發(fā)表了題為《利用CRISPR編輯BnaIDA基因創(chuàng)建抗裂角、花器官不脫落和避菌核病甘藍型油菜新種質》的論文。該研究利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功同時編輯了植物小肽基因BnaIDA-A07/C06，獲得了不含外源T-DNA的穩(wěn)定遺傳雙突變株系；并顯示該株系具有避菌核病、花器官不脫落和抗裂角的優(yōu)良性狀。
油菜是我國種植面積最廣的油料作物之一，是主要的食用油來源。我國每年需進口大量食用植物油，約占消費量的60%-70%，嚴重威脅食用油供給安全。現(xiàn)今，為充分發(fā)揮油菜多功能性，促進一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，國內油菜不僅是我國主要食用油來源，也逐漸成為觀賞性植物，是我國鄉(xiāng)村振興重要經(jīng)濟作物之一。菌核病是嚴重影響油菜產(chǎn)量的病害之一，通常在田間通過釋放子囊孢子在花瓣上進行初次萌發(fā)，最后掉落在濕度較大的油菜葉片和葉腋處大面積發(fā)病，帶來了巨大的產(chǎn)量損失。再加上油菜采收機械化程度較低，機械收割過程中籽粒損耗多，導致了生產(chǎn)成本高，種植油菜積極性不高等一系列問題。
在擬南芥中，花器官的脫落受到IDA小肽、HAE/HSL2受體、MAP級聯(lián)信號及其下游KNOX轉錄因子的調控；IDA信號通路主要調控花器官脫落的后期，通過促進細胞壁的酶解，直接誘導花器官的脫落。
該研究成功從油菜中克隆出IDA的同源基因：通過生物信息學方法比對后，發(fā)現(xiàn)BnaIDA-A07/C06基因與擬南芥IDA的親緣關系最近，且在花和角果中高表達。接著利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)對這兩個基因同時編輯，并通過自交，成功分離出外源Cas9蛋白，獲得的純合ida-d17突變體從開花期至角果完全成熟的過程中，花器官始終不脫落，可延長油菜花的觀光時間。
角果開裂也是一種細胞分離過程。由于角果成熟的不一致性，油菜籽粒的損失明顯。對ida-d17的成熟角果進行開裂力測試發(fā)現(xiàn)，ida-d17的角果抗裂能力增強。自然條件下，核盤菌子囊孢子在油菜凋落的花瓣中帶菌率最高，那么，阻斷花器官的脫落是否可防止菌核病的傳播呢？與野生型相比，課題組發(fā)現(xiàn)在人工條件下，盡管核盤菌子囊孢子仍在ida-d17突變體的花瓣中萌發(fā)，并表現(xiàn)出弱的病癥，但由于花瓣不脫落，核盤菌無法在濕度較大的油菜葉片和葉腋處大面積生長并致病，表明ida-d17突變體花器官的不脫落具有菌核病避病性狀。
綜上所述，該研究通過CRISPR編輯技術創(chuàng)制了一種新的種質資源，它既能減少機械化收獲過程中的損失，避菌核病，又有利于油菜觀光產(chǎn)業(yè)。
據(jù)悉，江蘇大學研究員譚小力為通訊作者，江蘇大學博士生耿瑞為論文第一作者。江蘇大學智能農機裝備理論與技術重點實驗室教授徐立章、挪威科學與文學學院院士Reidunn Aalen和挪威奧斯陸大學博士施春林參與了部分研究工作。該研究工作由江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目的資助完成。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100452
文章來源：科學網(wǎng) 2022年9月22日
文章鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/9/486718.shtm
