JGG—綜述CRISPR加速小麥遺傳改良研究進(jìn)展

瀏覽次數(shù)：795　發(fā)布日期：2023-10-17　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

JGG｜中國(guó)農(nóng)大研究團(tuán)隊(duì)綜述CRISPR加速小麥遺傳改良研究進(jìn)展

小麥（Triticum aestivum）是全球種植和消費(fèi)最廣泛的作物之一，但面臨有限的耕地面積和氣候變化，維持和增加小麥產(chǎn)量成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。通過(guò)傳統(tǒng)育種方法在小麥新種質(zhì)開(kāi)發(fā)上取得了一定的進(jìn)展，但存在勞動(dòng)密集和耗時(shí)等問(wèn)題。且近年來(lái)小麥產(chǎn)量潛力趨于平穩(wěn)，因此需要新型技術(shù)手段應(yīng)用于小麥育種。CRISPR/Cas基因組編輯技術(shù)因其精確高效的基因組編輯能力已應(yīng)用于包括小麥在內(nèi)的多種作物中。

2023年9月21日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究中心在Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表題為“CRISPR-mediated acceleration of wheat improvement: advances and perspectives”的綜述論文。該綜述系統(tǒng)性介紹了小麥中CRISPR基因組編輯技術(shù)的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了小麥中CRISPR基因組編輯技術(shù)的工作流程和關(guān)鍵步驟相關(guān)研究，并總結(jié)和討論了CRISPR技術(shù)在小麥遺傳育種改良上的應(yīng)用進(jìn)展和未來(lái)發(fā)展方向。

該綜述首先全面介紹了適用于小麥的多種基因組編輯技術(shù)工具的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)化進(jìn)展，主要包括CRISPR/Cas系統(tǒng)（Cas9，Cas12a），堿基編輯（Base editing）系統(tǒng)，先導(dǎo)編輯系統(tǒng)（Prime editing, PE）和多重基因組編輯技術(shù)。接下來(lái)，該綜述對(duì)CRISPR編輯技術(shù)的主要工作流程作簡(jiǎn)要介紹，包括sgRNA的設(shè)計(jì)、編輯元件導(dǎo)入、組織再生和無(wú)轉(zhuǎn)基因的基因編輯株系分離，并重點(diǎn)闡述了關(guān)鍵技術(shù)步驟的基本準(zhǔn)則和技術(shù)進(jìn)展。最后，該綜述系統(tǒng)總結(jié)了近年來(lái)CRISPR技術(shù)在提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、抵抗生物和非生物脅迫、抗除草劑、誘導(dǎo)雄性不育和單倍體系、抗穗發(fā)芽等小麥遺傳改良中的應(yīng)用及進(jìn)展（圖1A），并討論了小麥基因組編輯技術(shù)面臨的需求挑戰(zhàn)和發(fā)展前景，包括誘導(dǎo)染色體結(jié)構(gòu)變異、提高遺傳轉(zhuǎn)化效率、疊加優(yōu)質(zhì)農(nóng)藝性狀、利用野生小麥種質(zhì)資源、創(chuàng)制小麥大規(guī)模突變體庫(kù)并用于篩選優(yōu)質(zhì)等位變異等（圖1B）。

圖1 基于基因組編輯的小麥改良進(jìn)展與展望（A）CRISPR/Cas在小麥改良中的研究進(jìn)展；（B）CRISPR/Cas在小麥改良中的應(yīng)用前景

最后該綜述總結(jié)，與傳統(tǒng)育種方法和轉(zhuǎn)基因技術(shù)相比，CRISPR/Cas系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的作物改良方面具有更高的成本效益、速度和精度。當(dāng)與全基因組選擇、高通量表型、擴(kuò)展組學(xué)數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合時(shí)，基因組編輯有可能在農(nóng)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

—— 參考文獻(xiàn) ——

Zhou X, Zhao Y, Ni P, et al. CRISPR-mediated acceleration of wheat improvement: advances and perspectives[J]. Journal of Genetics and Genomics, 2023.

北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開(kāi)放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺(tái)。中心建立了基因克隆和載體平臺(tái)、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺(tái)、表型鑒定分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析和利用平臺(tái)等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺(tái)，是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺(tái)。
基因編輯服務(wù)+靶向測(cè)序服務(wù)方案
為了縮短您的育種進(jìn)程，提高您的育種成功率，北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心將為您提供水稻基因編輯服務(wù)。本方案利用基因編輯酶系統(tǒng)編輯供試材料的目的基因，在不改變其他基因的情況下迅速獲取一批目的基因缺失型突變體。解決傳統(tǒng)雜交選育中存在的周期長(zhǎng)，基因連鎖等難題。

技術(shù)路線：

靶向測(cè)序服務(wù)
靶向測(cè)序技術(shù)主要分為基于多重PCR的靶向基因捕獲技術(shù)（GenoPlexs）和基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術(shù)（GenoBaits）兩種。可完成單樣品50-5000和3000-40000標(biāo)記的基因型分析，并達(dá)到可設(shè)計(jì)區(qū)域覆蓋度高于95%，擴(kuò)增子均一性高于90%的捕獲效率。

GenoPlex基于多重PCR的靶向基因捕獲技術(shù)方案

GenoBaits基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術(shù)方案

應(yīng)用領(lǐng)域：

種質(zhì)資源分析	分子標(biāo)記輔助選擇
分子標(biāo)記輔助回交改良	全基因組選擇
全基因組關(guān)聯(lián)分析	遺傳圖譜構(gòu)建
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