大豆和玉米混合品系的同時遺傳轉(zhuǎn)化和基因組編輯

這項研究由拜耳作物科學(xué)研發(fā)部門植物生物技術(shù)和全球育種部門的跨職能團(tuán)隊開展。作者使用了一種名為混合品系轉(zhuǎn)化和編輯(TREDMIL)的新方法，展示了大豆和玉米中多種優(yōu)良基因型的同步轉(zhuǎn)化和編輯。在這種方法中，在生產(chǎn)種子胚外植體之前將許多品系混合，然后使用基因組編輯機(jī)制轉(zhuǎn)化混合品系，通過大豆 Dt1 特異性或玉米 Bm3 特異性 CRISPR RNA (crRNA) 和編輯核酸酶 Cas12a 的共表達(dá)，引導(dǎo)在目標(biāo)基因區(qū)域產(chǎn)生插入/缺失。再生后，通過基因分型對品系身份進(jìn)行解卷積，并通過擴(kuò)增子測序驗證編輯結(jié)果。

通過對再生事件進(jìn)行基因分型，作者首先發(fā)現(xiàn) 104 個優(yōu)良大豆基因型(101)中有 97% 同時發(fā)生轉(zhuǎn)化，回收的轉(zhuǎn)化子分布在從 00 到 VII 的不同成熟度組 (MG) 中。同樣，40 個優(yōu)良玉米雌性自交系(22)中有 55% 同時發(fā)生轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化子分布在從 92 到 117 的不同相對成熟度 (RM) 中。隨后，作者使用擴(kuò)增子測序證明，在代表所有 101 個轉(zhuǎn)化品系的 94% 的大豆事件中檢測到了Dt1靶位點(diǎn)的編輯，并且超過 80% 的轉(zhuǎn)化大豆品系在該品系產(chǎn)生的 90% 以上的事件中產(chǎn)生了編輯。同樣，在 69% 的玉米事件中發(fā)現(xiàn)了Bm3靶位點(diǎn)的編輯，代表了 22 個轉(zhuǎn)化雌性自交系中的 17 個。這些結(jié)果清楚地證明了利用種子胚轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效、基因型靈活的轉(zhuǎn)化和基因組編輯。

作者進(jìn)一步研究了 crRNA 靶位點(diǎn)Dt1和Bm3的 TREDMIL 實驗的編輯結(jié)果，以了解不同種質(zhì)的編輯情況。在三個Dt1靶位點(diǎn)上，1,506 個事件產(chǎn)生了 800 多個不同的編輯和 4,000 多個編輯。在三個Bm3靶位點(diǎn)上，96 個事件產(chǎn)生了 95 個不同的編輯和 200 多個編輯。種質(zhì)中產(chǎn)生的大量編輯可以使基因組發(fā)現(xiàn)的速度比僅在單個種質(zhì)中分析相同的編輯要快得多。此外，作者證明，在 98 種不同大豆基因型中，45%(1506 個中的 678 個)編輯事件中檢測到了 Dt-1389 位點(diǎn)的明顯 7 bp 缺失。類似地，在 65%(17 個中的 11 個)經(jīng)過編輯的玉米雌性自交系中檢測到 Bm3-2070 位點(diǎn)的明顯 3 bp 缺失。在不同種質(zhì)中創(chuàng)建相同的編輯可以提供一種機(jī)制，用于在育種計劃中更早地評估種質(zhì)與編輯之間的相互作用，這將使我們能夠更快地對給定編輯的廣譜功效做出決策。這些結(jié)果表明，TREDMIL 可以幫助加速未來精準(zhǔn)育種中定制作物品種的開發(fā)和部署。

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