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科学研发
生物体的性状及活动都是由基因控制的。番茄基因组序列测序完成,使得我们读懂了番茄的遗传信息,接着如何按照我们的需求来编辑修改遗传信息,并使之可以固定遗传,成为了科研重点。我们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术进行番茄育种(番茄基因组编辑育种)技术研究开发。
1、什么叫基因组编辑育种?其优势如何?
传统育种常受限于杂交隔离限制和连锁累赘的影响。基因组编辑育种可以打破生殖隔离、连锁累赘等因素的限制,实现目标性状的快速精准改良。基因组编辑技术是利用序列特异的核酸酶在基因组特定位点诱导产生DNA双链断裂,进而激活细胞自身修复机制,实现对基因组的精确修饰(替换、插入或缺失等)。规律成簇间隔短回文重复序列及其核酸酶系统(CRISPR/Cas9),由于编辑效率更高,操作更为简便,成本更低,可同时对多个靶点进行编辑等特点成为当前最为主流的基因组编辑技术。我们,以传统育种为基础,通过分子标记技术,建立了完善的分子育种技术体系。利用分子育种对控制重要农艺性状的关键基因或QTL的定位、克隆和功能分析为基因组编辑育种提供靶标基因。在此基础上,利用QTL的遗传效应、QTL之间的互作、QTL与环境之间的互作等信息模拟和预测各种可能基因型组合的表现型,最终实现有目标的设计育种。
2、我们的研究方向
对于多基因控制的复杂农艺性状,如果实大小及风味品质等,由于缺乏对其分子遗传基础的认识,分子育种目前还难有作为,基因组编辑就发挥了奇效。番茄果实质量是一个典型的数量性状,由多个基因控制。我们通过研究如何编辑其中两个主效QTL(fw2.2、fw3.2)来实现果实的增大,提高单果重量。现代栽培番茄的风味品质下降主要是由于野生抗病位点渗入导致的连锁累赘,货架期延长带来的负面效应以及uniform ripening的应用等。Brix9-2-5是一个重要的控制番茄果实可溶性固形物含量的QTL位点,Brix9-2-5能使葡萄糖含量提高28%,使果糖含量提高18%。Sucr位点可以提高成熟果实中的蔗糖、 总糖和可溶性固形物含量。通过编辑和删减来达到对果实含糖量的控制调配。
对于果实外观而言,我们研究利用编辑和删减lc及fas通过增加果实的心室数使果实变扁和变圆。研究利用编辑和删减 OVATE、SUN和FS8.1来控制果实的长短。在番茄花器官形成上,通过对MACROCALYX、Tomato MADS box gene 6(TM6)、Tomato APETALA3(TAP3)等编辑或删减来创造突变体。
基因组编辑技术不涉及转基因安全性问题。可在1 ~ 2年内实现核心亲本目标性状的快速改良。理论上可对基因组中的任意基因进行操作。该技术在番茄重要农艺性状改良方面具有巨大的应用潜力,我们正在利用基因组编辑创新育种方式。