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农科院作物所在植物基因定点编辑技术研究上取得新进展

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  基因编辑技术可实现对受体基因组目标基因进行精确的敲除、删除、修改、替换或定点插入等编辑,成为当前研究热点之一。这些定点突变技术中,公认的最难实现的技术便是基因替换。理论上,基因替换可以实现根据设计在受体基因组上定点引入任何想要的突变,具有更重要的意义与潜在的应用价值。已有的CRISPR/Cas9技术可以实现植物的基因敲除,但是基因替换的案例还是比较少见。
  中国农业科学院作物科学研究所玉米分子育种技术和应用创新团队对CRISPR/Cas9系统进行了改良设计,利用双元RNA向导的CRISPR/Cas9系统分别对植物两个MiRNA基因基因座(MiR169a和MiR827a)Pri-miRNA区域实现了人工删除,删除的效率分别达到为20%和24%。在此基础上,研究人员尝试采用一个核定位表达的eGFP修改模板对TFL1基因的一个特定区段在删除的基础之上进行定点替换。经DNA测序、目标基因删除、模板删除、目标替换基因整合、替换后基因的表达等系统的实验验证,证实通过该实验成功地实现了目标基因的替换,双元RNA向导的CRISPR/Cas9系统技术可以作为目标基因(DNA)删除与基因替换的工具。该研究结果可应用于对目标基因的定点定向替换,从而实现将目标基因进行分子设计遗传改良与生产应用。
  近两年,该团队在基因编辑领域已取得了系列成果,已申请国家发明专利3项。该团队还发现在主要农作物玉米上基因编辑系统的工作效率更高且遗传上更为稳定,已在玉米株型、育性、糯性等重要农艺性状上创制了具有重要产业应用价值的技术,为植物基因功能鉴定和育种产业化应用奠定了丰富的技术、材料与研究储备。
  研究成果以“An alternative strategy for targeted gene replacement in plants using a dual-sgRNA/Cas9 design”为题于2016年4月2日发表于《科学报告》(Scientific Reports)。

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