利用基因编辑等技术获得一批番茄新种质

发布者:陶然发布时间:2019-04-30浏览次数:902

基于番茄转录组、蛋白组及代谢组及其联合分析,系统分离了一批与番茄生长、育性、成熟调控、抗逆、抗病虫等关键性状相关的重要调控基因,利用基因编辑等手段手段获得了一批番茄新种质,目前已申报国家发明专利10项。

1、通过基因编辑SlMAPK20首创了可调控的番茄雄性不育系

在番茄中鉴定了一个新的调控晚期花粉发育的基因SlMAPK20,证实该基因可通过糖代谢以及内源激素代谢途径调节单核期到双核期间的花粉发育,利用CRSPR/Cas9敲除该基因可以使得番茄花粉完全败育,但外源喷施一定浓度的化学调节剂该敲除突变体花粉可恢复部分育性,自交后可繁育该不育系,该株系可用于杂交制种,为番茄核不育系的利用提供了新途径,突破了核雄性不育利用的瓶颈。利用该途径已经创建2份综合性状优良的核雄性不育系。

1 SlMAPK20参与番茄育性调控

2、通过基因编辑糖信号负调控因子RGS1,创建了弱光环境下能保持细菌性叶斑病抗性的番茄新种质

弱光环境下番茄植株对Pst DC3000的抗性减弱,研究发现细胞膜G蛋白信号调控基因RGS1是感知糖信号分子的关键基因,在此过程中起着负调控作用。构建了RGS1基因的CRISPR突变体材料rgs1,在正常光和弱光下预处理两天后,接种Pst DC3000病原菌。发现rgs1突变体相比番茄野生型,发病程度降低,在弱光环境下表现尤为明显。说明RGS1基因负调控植物对Pst DC3000的抗性,并且rgs1突变体可用于抗性品种的选育。

 

2. 葡萄糖处理后番茄RGS1的胞吞作用

3、利用基因编辑技术对RALF5基因进行敲除,预期有望获得低温抗性显著提高的番茄新种质

前期在番茄基因组中挖掘鉴定出12个快速碱化因子(RALF)的编码基因,发现RALF456具有S1P切割位点、YISY受体识别序列以及分子内二硫键等保守结构特征。对3RALF编码基因进行VIGS沉默,发现其低温抗性均有不同程度的提高,主要表现为低温下萎蔫失水减轻、相对电解质渗透率提高,以及最大光化学效率(Fv/Fm)增加。其中,以RALF5沉默之后对植株抗性提高作用最为明显。目前正通过CRISPR-Cas9技术对RALF5进行敲除,已经获得一个突变株系,在编码区发生1bp碱基缺失,导致开放阅读框移码。后续将获得更多的株系,通过表型分析,有望获低温抗性显著提高的番茄新种质。

3 RALF4RALF5 RALF6负调控番茄低温抗性

4、通过基因编辑CaM6,创建了低温抗性显著提高的番茄新种质

利用CRISPR/Cas9技术敲除番茄钙调素CaM6基因,获得多个突变体株系cam6。对野生型番茄和cam6突变体材料进行低温处理,发现与野生型相比,cam6突变体材料的低温抗性显著提高,主要表现为低温下萎蔫失水程度减轻、相对电解质渗透率降低以及光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)提高,表明CaM6在调控番茄低温抗性过程中起负调控作用。据此创建了低温抗性显著提高的番茄新种质。

 

4 SlCaM6负调控番茄低温抗性 

5、通过基因编辑自噬途径关键负调控基因TOR,创制多抗高产优质番茄新种质

在番茄中鉴定了一个可以负调控自噬途径的关键基因TOR,利用CRSPR/Cas9敲除该基因能产生抗低温、低氮等多抗的番茄材料,该材料自噬体数目增加,光合作用显著提高,番茄小区产量增加25%以上;同时提高了番茄花粉活力和果实品质。该材料的发现为利用自噬提高作物抗逆能力提供了新途径。

6、利用基因编辑技术获得了完整RIN蛋白缺失的新种质

MADS-RIN转录因子是番茄果实成熟的关键调控因子,其功能鉴定主要基于番茄成熟突变体rin,最新研究发现rin是功能获得性突变体,进而重新分析了RIN在果实成熟中的作用。同时,RIN在跃变型果实成熟,特别是自催化系统II乙烯形成及果实成熟过程中的作用模式还不清楚。因此,通过基因编辑技术获得了完整RIN蛋白缺失的不同基因型突变体(图5 b),不少于三个不同株系的RIN-CRISPR番茄果实均呈现出一致的且不同于野生型和rin突变体的成熟被抑制表型(图5 a),主要表现在:RIN-CRISPR果实成熟时期相较于野生型虽然没有明显滞后,但其果实着色主要呈现橙黄色,仅有少量红色积累(图5 a)。

5 RIN蛋白缺失的新种质