利用基因組編輯技術創制抗白粉病小麥

王延鵬, 程曦, 高彩霞, 邱金龍

1.中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物細胞與染色體工程國家重點實驗室, 北京100101;

2.中國科學院微生物研究所植物基因組學國家重點實驗室, 北京 100101

普通小麥(Triticum aestivumL., 2n=42, AABBDD)是異源六倍體, 是世界上最重要的糧食作物之一, 為人類提供約20%的能量。由于其基因組龐大(17 Gb), 約為人類基因組的5倍, 并且80%～90%的基因都存在3個或多個拷貝, 因此利用傳統的正向或反向遺傳學手段來解析小麥基因功能以及作物的性狀改良都有很大的難度, 這使得小麥基因組研究遠遠落后于其他作物。隨著小麥基因組測序的逐步完成, 建立一種高效的反向遺傳學手段將成為小麥基因組功能解析和作物改良的關鍵。基因編輯技術是目前突變或改造基因的最具潛力的技術體系, 特別是類轉錄激活效應因子核酸酶(TALENs)和成簇規律間隔的回文重復序列及相關系統(CRISPR/Cas9 system), 具有效率高、特異性好以及高通量的特點。

在小麥里解析與其親緣關系較近物種中控制重要性狀基因的同源基因功能是反向遺傳學研究的主要內容, 有助于對小麥中相應性狀的遺傳改良。小麥和大麥具有較近的親緣關系, 白粉病是大麥和小麥主要的世界性病害, 嚴重的影響到他們的產量和品質。大麥里由于MLO基因的功能缺失突變使其具有廣譜和持久的抗性, 這種抗性在生產上已成功應用了30多年還沒有被打破。在小麥中也存在MLO基因,在小麥 A、B、D基因組上各有一個拷貝(TaMLO-A1,TaMLO-B1,TaMLO-D1), 它們與大麥的MLO基因具有很高的相似性。……