近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所甘蓝育种团队，通过优化PAM序列、表达GRF-GIF融合蛋白等方法提升了甘蓝遗传转化和CRISPR/Cas9基因编辑效率。利用优化的CRISPR/Cas9体系敲除了BoBPM6和BoDMR6两个基因，创制了具有广谱抗病性的甘蓝新种质。相关成果以“Generation of novel bpm6 and dmr6 mutants with broad-spectrum resistance using a modified CRISPR/Cas9 system in Brassica oleracea”为题发表在《Journal of Integrative Plant Biology》。
甘蓝是一种在世界各地广泛栽培的十字花科芸薹属蔬菜作物。据统计，全球甘蓝类蔬菜种植面积约377万公顷，包括甘蓝、青花菜和花椰菜等，构成了重要的农业资源。田间病害常会导致作物减产，培育广谱抗病品种是理想的防控手段。利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术敲除感病基因又是目前获得广谱抗性较为快速和简单的途径。目前，甘蓝广谱抗病品种很少，甘蓝的基因编辑效率相较于水稻等模式作物也较低，因此，改良CRISPR/Cas9基因编辑体系并探索创制具有广谱抗病性的新种质至关重要。
本研究应用将PAM序列5'-NGG-3‘后一位选择为'T’的策略，分别构建了单子叶植物水稻和双子叶植物甘蓝的两种不同载体，并验证此策略能够分别提高CRISPR/Cas9基因编辑技术的编辑效率至76.0%和68.7%。随后在遗传转化过程中分别同时表达GRF5-GIF1-GRF5、GRF4-GIF1-GRF4、GRF5、GIF1蛋白，结果表明表达GRF5-GIF1-GRF5融合蛋白显著提高了55.2%的再生率。应用优化的基因编辑及遗传转化体系敲除BoBPM6和BoDMR6两个基因，获得了bobpm6、bodmr6突变体材料，平均转化和编辑率分别达到5.5%和62.0%、8.2%和62.5%。人工接种甘蓝的三种主要病害枯萎病、黑腐病和根肿病，结果显示bobpm6能显著增强对枯萎病、黑腐病的抗性，bodmr6能显著增强对黑腐病、根肿病的抗性。综上，该研究应用优化后的CRISPR/Cas9技术敲除BoBPM6和BoDMR6基因，创制了具有广谱抗病性的新种质，为基于基因编辑技术的作物抗病育种提供了依据。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所/北京农学院联培硕士生张语伦和已毕业硕士生刘金晖为该论文的共同第一作者，吕红豪、张扬勇研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、江苏省重点研发计划、河北省科技计划等项目资助。此外，本研究还得到了俄罗斯科学与高等教育部资助。
原文链接： https://doi.org/10.1111/jipb.13842
日期：2025-02-05
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