利用基因組編輯精細(xì)調(diào)控草莓糖分含量（2020.9.5 中國(guó)科學(xué)院）

無(wú)性繁殖植物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位，但是長(zhǎng)期無(wú)性繁殖導(dǎo)致性狀多樣性的嚴(yán)重匱乏極大的阻礙了無(wú)性繁殖作物的育種發(fā)展。在育種設(shè)計(jì)中，對(duì)數(shù)量性狀的精細(xì)調(diào)控可以避免產(chǎn)生劇烈的性狀變化，并且可以極大的豐富性狀多樣性，對(duì)推進(jìn)精準(zhǔn)育種有重要意義?；蚪M編輯技術(shù)通過(guò)對(duì)調(diào)控元件的遺傳操作可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量性狀的改良。對(duì)于無(wú)性繁殖的植物，純合和雜合基因型都可以通過(guò)無(wú)性繁殖穩(wěn)定遺傳，可以獲得更多可穩(wěn)定遺傳的基因型，進(jìn)一步豐富性狀多樣性，對(duì)數(shù)量性狀實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的調(diào)控。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞研究組發(fā)現(xiàn)對(duì)基因上游轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（uORF）進(jìn)行編輯可以顯著提高基因翻譯效率，建立了基因組編輯調(diào)控植物內(nèi)源基因翻譯效率技術(shù)體系（Nature Biotechnology，2018;Nature Protocols，2020）。利用這一技術(shù)，最近高彩霞研究組在無(wú)性繁殖作物草莓中實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)量性狀的精細(xì)調(diào)控并獲得了多種不同糖分含量的草莓。

研究人員首先建立了高效的草莓胞嘧啶單堿基編輯技術(shù)體系，利用本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的植物高效胞嘧啶堿基編輯器（A3A-PBE，Nature Biotechnology，2018）首次在草莓中實(shí)現(xiàn)堿基編輯，轉(zhuǎn)基因草莓植物中堿基編輯效率高達(dá)100%。A3A-PBE具有效率高和編輯窗口寬的特點(diǎn)，在草莓中，其編輯窗口寬度達(dá)到15bp。研究人員利用A3A-PBE對(duì)草莓FvebZIPs1.1基因的保守的uORF進(jìn)行編輯，在T0代獲得7種不同的新uORF突變。七種新uORF突變的純合突變體中果實(shí)糖含量出現(xiàn)了不同程度的提高，而且植物生長(zhǎng)未受影響。為了進(jìn)一步豐富基因型和性狀多樣性，研究人員對(duì)T0代突變體進(jìn)行了自交和雜交，組合不同的等位基因并分離轉(zhuǎn)基因成分。T1代共計(jì)獲得了35種不同基因型的草莓，而且這些草莓均無(wú)外源基因。不同基因型對(duì)草莓果實(shí)糖含量產(chǎn)生了不同程度的影響，極大的豐富了性狀多樣性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)量性狀的精細(xì)調(diào)控。尤為重要的是，所有的新基因型和性狀都可以通過(guò)無(wú)性繁殖穩(wěn)定傳遞給后代。

該工作為無(wú)性繁殖作物提供了新的育種策略。這一研究成果于2020年9月3日在Genome Biology雜志發(fā)表（DOI：10.1186/s13059-020-02146-5）。高彩霞研究組博士后邢思年和副研究員陳坤玲為該論文的共同第一作者，高彩霞研究員為該論文通訊作者。相關(guān)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院等基金資助。