科研产出
水稻糖苷水解酶基因OsINV3影响花粉育性的研究
《杂交水稻 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：花粉育性是水稻生殖发育中的重要性状，直接影响水稻的产量。本研究鉴定到一个包含Glyco＿32核心结构域的糖苷水解酶编码基因OsINV3。通过实时定量PCR对OsINV3的时空表达模式分析发现，该基因在穗发育各阶段均有表达且在幼穗分化第6期具有较高的表达水平。通过亚细胞定位分析，发现OsINV3定位于细胞质。利用CRISPR/Cas9技术获得了粳稻9522和籼稻五山丝苗背景下的功能缺失突变体952201590-1和952201590-2、WSSM01590-1和WSSM01590-2。通过对表型分析及农艺性状统计发现，2种不同背景的突变体材料均表现为株高矮化、花粉育性下降、结实率降低。进一步分析发现，不同背景的突变材料，对育性下降的程度存在差异，在籼稻五山丝苗背景下，OsINV3的功能缺失导致花粉完全败育。通过半薄切片超显微观察发现，OsINV3的功能缺陷导致花药壁和小孢子发育异常。本研究为水稻花药发育提供新的研究思路，为水稻遗传育种提供遗传材料。
关键词： 水稻 花粉育性 OsINV3基因 糖苷水解酶 CRISPR/Cas9
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利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得水稻GRAS家族转录因子G540突变体
《分子植物育种 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：GRAS转录因子是植物特有转录因子,一般由保守的GRAS结构域组成,与光信号转导、赤霉素信号转导、植物生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关.水稻GRAS转录因子G540中含有2个RPT1结构域和2个GRAS结构域,系统进化分析和表达模式分析发现,G540属于GRAS转录因子家族中的HAM亚家族,在水稻穗早期发育阶段特异表达,推断G540可能参与穗的早期分化或形态建成.本研究利用CRISPR/Cas9技术对G540进行定点编辑,构建G540基因敲除载体并利用农杆菌介导转化水稻粳稻品种'9522',鉴定并获得遗传转化植株.对转化植株的靶序列进行分析发现,9522G540-1在靶序列上缺失了第4位C碱基,9522G540-4在靶序列的第3位和第4位之间插入了一个A碱基,9522G540-2在G540的双等位基因上出现了不同的突变,一条链在靶序列上缺失了第4位C碱基,另一条链在靶序列上缺失8个碱基.对G540突变后的氨基酸序列分析发现,9522G540-1、9522G540-2和9522G540-4的RPT1和GRAS结构域完全缺失,即成功获得以'9522'为背景的G540功能缺陷型突变体.为进一步探究该基因在穗发育进程中的生物学功能和分子机制提供遗传材料.
关键词： 水稻 转录因子 GRAS家族 CRISPR/Cas9
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水稻抽穗期基因OsDof6功能的初步研究
《中国水稻科学 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：[目的]以前期通过穗发育芯片筛选到一个水稻Dof家族转录因子OsDof6为研究对象,进一步探究OsDof6的表达模式与生物学功能.[方法]对OsDof6的基因、蛋白及启动子序列进行生物信息学分析,利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑,通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式.[结果]对该基因的启动子序列分析表明,该基因启动子中存在大量与光响应、激素响应及胁迫响应相关的顺式调控元件.利用CRISPR/Cas9技术获得了2种不同突变类型的功能缺失突变体9522Dof6-3和9522Dof6-4.对突变体T1株系进行表型观察发现,相较于对照,两种突变体在营养生长阶段分蘖数明显降低,转入生殖生长阶段后,两种突变体的抽穗时间推迟约3 d.实时定量PCR结果显示OsDof6在水稻根、茎、叶和穗中均有不同程度的表达,在穗发育后期相对表达量明显提高;通过亚细胞定位分析发现OsDof6定位于细胞核.[结论]初步判断OsDof6基因会影响水稻分蘖数与抽穗期.
关键词： 水稻 Dof家族 抽穗期 CRISPR/Cas9
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利用CRISPR/Cas9技术创制水稻落粒性基因qSH1突变体及突变特征分析
《农业生物技术学报 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：落粒性是与水稻(Oryza sativa)生产密切相关的重要农艺性状之一,落粒性过强既不利于稻谷收获,也不适于水稻的机械化生产。落粒性基因qSH1 (QTL of seed shattering in chromosome 1;LOC_Os01g62920)是控制水稻落粒性的主效基因之一,其在小穗离层区域(abscission zone, AZ)的表达促进了离层结构形成,最终导致落粒性形成。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,在qSH1的编码区起始密码子附近及位于其开放阅读框12 kb处5'端调控区的一个关键SNP位点设计5个靶位点,构建3个不同的CRISPR/Cas9植物表达载体,转化受q SH1基因主效调控的易落粒大穗型籼稻(Oryza sativa ssp.indica)品种HR1128。经PCR检测鉴定,获得了31株T0代转基因阳性植株。对其靶位点PCR扩增及测序分析发现,3个不同的表达载体的突变效率分别为85.71%、76.92%、63.64%。选择10个T0代突变植株深入分析靶位点突变特征,发现靶位点的突变类型包括了碱基缺失、碱基插入及碱基替换等类型,突变基因型包括了纯合突变、杂合突变、双等位突变及嵌合突变4种模式。进一步预测并分析了编码区和调控区靶位点突变所引起的效应发现,编码区靶位点突变引发移码突变,从而导致氨基酸翻译的提前终止;而调控区靶位点突变可能影响ABI3 (abscisic acid insensitive3)型转录因子的结合,使得qSH1基因的转录表达异常。本研究成功实现了对水稻q SH1基因及其调控区的定点编辑,获得了一系列不同类型的T0代突变植株,并对其突变特征进行了统计分析,为进一步分析、挖掘qSH1基因新功能及关键调控位点、培育落粒性适中的水稻新品种提供了理论依据和材料基础。
关键词： CRISPR/Cas9系统 落粒性 qSH1 突变特征
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水稻穗发育基因OsD1功能的初步分析
《杂交水稻 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对一个水稻穗发育相关基因OsD1进行了定点编辑。通过定点编辑载体的构建、水稻愈伤组织的转化、转基因植株的鉴定及突变类型的分析,获得了4株OsD1功能缺失型突变体,其中2株属于纯合突变类型。表型分析发现,OsD1突变体的内外稃出现显著的畸形发育,花粉粒的淀粉充实度降低且颖花不结实,初步推断水稻OsD1基因可能参与花器官的建成和发育。
关键词： 水稻 CRISPR/Cas9 基因编辑 穗发育 OsD1
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利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性
《中国农业科学 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段——CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLg RNA-U3、pYLg RNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-g RNA、U6a-qSH1T1-g RNA表达盒,最后将2个g RNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T0代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T0代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T0代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T1代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T1代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T2代qsh1纯合突变系群体(17SZ01和17SZ02)。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。
关键词： CRISPR/Cas9 基因编辑 水稻 qSH1 落粒性
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CRISPR/Cas9介导基因组编辑培育糯稻不育系WX209A
《基因组学与应用生物学 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：糯稻作为特种稻米每年在我国和广西都有一定比例的消费,为了培育高产糯稻品种,本研究利用CRISPR/Cas9介导基因组编辑技术将高产的非糯性品种转为糯性品种,对水稻优良保持系209B中的W_x位点进行定点编辑,并转育成糯稻不育系WX209A。209A又名银丰A,是优良籼稻不育系,已组配出一批水稻品种在广西、广东、江西等地进行大面积推广。本研究针对该保持系的Wx基因选择合适的靶位点,构建sgRNA表达盒与 YLCRISPR/Cas9载体连接,利用农杆菌介导转化209B;对T_0、T_1代转化植株定点编辑位置进行PCR检测和测序分析及测定转化植株精米直链淀粉含量,筛选出无外源转化原件的纯合保持系WX209B并转育出不育系WX209A。结果表明,T_0代材料中Wx位点的突变频率高达69.2%,其中纯合缺失突变率占26.9%;对T_1代纯合突变体的调查分析结果表明,多数W_x基因突变体能显著降低直链淀粉含量,所获得的糯稻保持系WX209B直链淀粉含量仅1%,糯性品质优良,其他形态、经济性状没发生显著的改变,所转育的糯稻不育系WX209A具有重要的利用价值。
关键词： 糯稻 CRISPR/Cas9 基因组编辑育种 Wx位点 WX209A
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CRISPR/Cas9定点编辑水稻穗发育Osa1基因
《杂交水稻 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：CRISPR/Cas9是一种快速发展的基因组定点编辑技术。利用该技术对水稻穗发育基因Osa1进行定点编辑,精准敲除Osa1基因,获得Osa1功能缺失突变体,为Osa1基因功能的深入研究提供了准确可靠的突变体材料。
关键词： CRISPR/Cas9 基因编辑技术 水稻穗发育 Osa1基因
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基于基因组编辑技术的水稻靶向突变特征及遗传分析
《遗传 》 2016 北大核心 CSCD
摘要：TALEN(Transcription activator-like effector nucleases)系统和CRISPR/Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)系统是当前广泛应用的两大基因组编辑技术。本文比较分析了水稻(Oryza sativa L.)中这两大系统诱导突变的突变率、突变类型、突变位置、突变时间和遗传模式,发现TALEN系统和CRISPR/Cas9系统均可在T_0代水稻中有效诱发位点特异性突变,且CRISPR/Cas9的突变率更高。两大系统都以诱发10 bp以内的In Del突变为主,TALEN系统易诱导10 bp以内的缺失突变,而CRISPR/Cas9系统易诱导1 bp的插入突变,且CRISPR/Cas9系统诱发的DNA双链断裂(Double-strand breaks,DSBs)位置更加精确。此外,DSBs在修复过程中能以低频同源重组(Homologous recombination,HR)途径修复,产生DNA片段重复突变。对于相邻双靶点CRISPR/Cas9系统而言,双靶点间的DNA片段可发生缺失或倒位,这种双靶点间DNA片段突变的发生频率与双靶点各自的突变率无正相关性。两大系统诱导的突变最早发生在已转化的愈伤组织中,少量发生在水稻的体细胞中,导致了纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变4种遗传模式,其中双等位突变比例最高,嵌合突变比例最低。除嵌合突变外,纯合突变、杂合突变、双等位突变的突变序列均可稳定遗传给下一代。
关键词： TALEN CRISPR/Cas9 水稻 靶向突变 遗传特性
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CRISPR/Cas9系统在培育抗病毒植物新种质中的应用
《遗传 》 2016 北大核心 CSCD
摘要：随着CRISPR/Cas9系统在基因组编辑技术上的开发和完善,CRISPR/Cas9系统在应用于动物病毒感染性疾病防治并取得相当成效的同时,也逐步被应用到对植物病毒基因组进行高效靶向修饰的研究中。CRISPR/Cas9系统对基因组靶向修饰作用不仅实现了对植物DNA病毒基因组序列的编辑,还展示了其有效作用于植物RNA病毒基因组的潜力,同时CRISPR/Cas9系统还能在基因转录和转录后调控水平发挥作用,说明该系统具有通过多种途径调控植物病毒复制的潜能。相对其他植物病毒病防治策略,该系统对病毒基因组的编辑更精准、对基因表达的调控更稳定,对病毒病的抗性也更为广谱。本文将CRISPR/Cas9系统与其他植物病毒病防治策略进行了比较,概述了该系统在培育植物抗病毒病新种质中的优势,分析了其具体应用在该领域中面临的主要问题,讨论了该系统在培育抗病毒植物新种质应用中的发展趋势。
关键词： CRISPR/Cas9系统 病毒病防治 基因组靶向修饰
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