山东省农科院开发小麦多基因多靶点编辑技术

小麦是重要的粮食作物，突破性的小麦品种对保障粮食安全至关重要。基因组编辑技术是创制突破性种质资源、加速育种进程的有效手段。但小麦是异源六倍体，基因组复杂，要实现多个基因A、B、D三个基因组上的多靶点同时编辑非常困难。虽然小麦多基因编辑已有报道，但与水稻、玉米等作物相比，仍然存在编辑效率低、突变体纯合慢等问题。

针对上述问题，山东省农业科学院作物研究所小麦分子育种团队，通过载体元件的优化改造，研发了高效的小麦多基因多靶点编辑技术体系，使小麦的单基因三靶点同时编辑效率达到100%，双基因六靶点同时编辑效率达到96%，三基因八靶点同时编辑效率达到37%。

11月4日，该研究成果在线发表于《植物生物技术杂志》。

该研究对小麦基因编辑载体元件进行了系统优化，构建了3个小麦多基因编辑载体系统，分别为基于Pol III 型启动子的TRSP、tRNA和基于Pol II型启动子的核酶系统。设计的3个gRNA分别靶向TaDA1、TaPDS和TaNCED1在A、B和D基因组上的8个位点。利用该课题组高效的农杆菌介导的小麦转基因技术和平台，分别获得了22、26和 27个T0代转基因阳性株系。利用PCR扩增靶位点附近序列，结合NGS测序方式分析了基因编辑类型，发现tRNA和核酶系统的编辑效率显著高于TRSP系统，其中，核酶系统对TaPDS基因的编辑效率在A、B、D三个基因组上均达到100%，并且有22个株系出现白化表型，白化苗数为TRSP、tRNA系统的4.4倍（TRSP、tRNA系统均只有5个白化苗）。进一步分析发现，上述三个编辑系统均可实现三基因八靶点的同时编辑，其中tRNA和核酶系统同时编辑的效率分别为34.62%和37.04%，而TRSP系统仅为18.18%。

为进一步探究基因型和表型的关系，作者对单个株系中野生型和突变型基因的比例进行分析，发现核酶系统同时显著提高了TaDA1和TaPDS突变型的比例，即核酶系统显著降低了单个株系中基因野生型的比例。为量化基因型和表型的关系，作者以TaPDS为例，对绿苗（无表型）、嵌合体和白化苗中突变基因型的比例进行统计，发现只有单个株系中A、B和D基因组上突变型比例平均值高于80.59%才会出现白化表型，低于69.10%为绿色。上述数据说明，核酶系统不仅编辑效率最高，而且它还显著提高单个株系中A、B、D三个基因组上同源基因同时突变的几率，使T0代获得突变表型的几率大大增加，该研究结果对何时进行小麦突变体表型鉴定具有指导意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13508

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