近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所周煥斌團隊提出并應(yīng)用單堿基編輯技術(shù)（BEMGE）介導(dǎo)的植物內(nèi)源基因定向進化技術(shù)，借此開發(fā)出具有除草劑抗性的水稻新種質(zhì)，助力農(nóng)作物精準(zhǔn)分子育種。該研究通過BEMGE技術(shù)發(fā)掘出不同農(nóng)藝性狀及強度的等位基因，預(yù)示人類可定向進化各農(nóng)作物重要性狀的基因，進而掀開了農(nóng)作物精準(zhǔn)分子育種的新篇章。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子植物(Molecular plant)》上。
在漫長的歷史長河中，野生植物中多個關(guān)鍵基因上偶然出現(xiàn)的優(yōu)良性狀逐漸留傳，最終形成現(xiàn)代作物。然而，依靠基因緩慢的自然變異速率無法滿足當(dāng)今人類社會對農(nóng)作物快速增長的需求。
因此，該團隊在前期開發(fā)一系列單堿基編輯器基礎(chǔ)之上，提出了單堿基編輯技術(shù)介導(dǎo)的水稻內(nèi)源靶標(biāo)基因的定向進化技術(shù)理念，在水稻細胞內(nèi)人工模擬自然界基因的長期進化過程，短時間內(nèi)創(chuàng)制成千上萬個靶基因的新等位基因材料，用于育種篩選。
該研究根據(jù)BEMGE原理，針對水稻除草劑基因OsALS1，設(shè)計了63條sgRNA進行覆蓋，通過基因槍和農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化將sgRNA庫和水稻單堿基編輯器rBE9與rBE14同時轉(zhuǎn)入水稻細胞中。結(jié)果表明OsALS1基因產(chǎn)生了大量變異。通過除草劑抗性篩選，成功鑒定出4個自然界中未曾被發(fā)現(xiàn)的、對除草劑具有不同抗性程度的新等位基因；并通過單堿基編輯技術(shù)，成功將變異位點P171F引入到水稻生產(chǎn)品種南粳46中，將其升級為通過苗期一、兩次施藥，生育期田間無雜草發(fā)生的“潔田稻”。
該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目支持。（通訊員 歐陽燦彬）
原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30010-1
