来源:Horticulture research 发布时间:2020/5/7 16:02:44
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Horticulture Research 直播 | 基因编辑在园艺作物研究中的应用

论文标题:CRISPR technology is revolutionizing the improvement of tomato and other fruit crops

期刊:Horticulture research

作者:Tian Wang, Hongyan Zhang & Hongliang Zhu

发表时间:2019/06/15

DOI:10.1038/s41438-019-0159-x

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水果是营养物质的主要来源,在有些地区还可以作为主食。由于果实作物的产量非常依赖于外界环境,随着人口数量的增长以及气候的变化,培育稳定高产的水果作物已是大势所趋。CRISPR技术的发展为果实作物育种带来了新的蓝图:2016年,美国FDA批准了CRISPR编辑的蘑菇上市;2017年,FDA又为CRISPR编辑的大豆与亚麻颁发了通行证,这使得专注于CRISPR技术应用研究的科学家们增加了信心-CRISPR技术将为果实作物的育种开辟新的道路。

2019年6月15日,Horticulture Research 在线发表了中国农业大学朱鸿亮教授研究组题为“CRISPR technology is revolutionizing the improvement of tomato and other fruit crops”的综述文章,对CRISPR的作用机制、CRIPSR系统优化以及在果实作物中的应用进行了总结,对它的争议以及未来发展也进行了讨论。

图1 植物中CRISPR-Cas9介导的基因编辑机制

Cas9蛋白在crRNA的帮助下,能够识别DNA序列并对其进行切割,形成的双链断裂会触发细胞内的DNA修复机制。在进行修复时,如果没有同源修复模板,细胞会按照非同源末端连接的方式进行(图1),这种方式会导致断裂位点碱基的插入、缺失与替换,从而使基因功能遭到破坏。自从2013年,CRISPR被成功应用于植物以来,科学家们做出了很大努力将其改造成一个强大的基因编辑工具。目前,CRISPR-Cas系统可以一次性对多个基因进行编辑,它不仅能靶定到编码基因的开放阅读框和非翻译区,还能够编辑长链非编码RNA和miRNA。

图2 CRISPR-Cas9系统首次应用于果实作物的时间表

作为果实作物研究中的模式作物,番茄中CRISPR的应用自2014年便开启,自此之后,CRISPR-Cas9系统已成功应用于柑橘、黄瓜、苹果、葡萄、西瓜、猕猴桃、香蕉等作物(图2)。除了对果实作物重要基因进行功能研究之外,CRISPR技术还对作物抵抗生物胁迫与非生物胁迫、提高果实品质、帮助作物驯化方面做出了较大的贡献。此外,由于Cas9蛋白编辑位点和载体整合位点可能不在同一条染色体上,低拷贝数的转基因植株可以通过后代自交或者与野生型植株杂交,以获得不含有外源DNA的transgene clean植株,这些植株被认为是非转基因作物,在有些地区,它们不用受到与转基因作物相同严格的监管,这将大大促进CRISPR的应用。

Horticulture Research 编辑部特邀本文通讯作者朱鸿亮教授和一作王恬博士于2020年4月25日20:00-21:00为大家直播分享“基因编辑在园艺作物研究中的应用”的相关研究内容,欢迎大家参加!

摘要:

Fruits are major sources of essential nutrients and serve as staple foods in some areas of the world. The increasing human population and changes in climate experienced worldwide make it urgent to the production of fruit crops with high yield and enhanced adaptation to the environment, for which conventional breeding is unlikely to meet the demand. Fortunately, clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) technology paves the way toward a new horizon for fruit crop improvement and consequently revolutionizes plant breeding. In this review, the mechanism and optimization of the CRISPR system and its application to fruit crops, including resistance to biotic and abiotic stresses, fruit quality improvement, and domestication are highlighted. Controversies and future perspectives are discussed as well.

(来源:科学网)

 
 
 
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