玉米孤雌生殖的基因工程研究

来源：作物研究所2022-09-22 11:55

基于CRISPR/Cas，中国农业科学院作物科学研究所作物分子育种技术与应用创新团队建立了一种能够高效指导基因转录激活与调控的技术工具，激活了BABYBOOM (BBM)基因在活卵细胞中的表达，从而实现了玉米芯。

基于CRISPR/Cas，中国农业科学院作物科学研究所作物分子育种技术与应用创新团队建立了一种能够高效指导基因转录激活与调控的技术工具，激活了BABYBOOM (BBM)基因在活卵细胞中的表达，实现了玉米母细胞的孤雌生殖。相关研究成果发表在《植物通讯（Plant Communications）》网上。

基于CRISPR/Cas人工转录因子可以调节特定感兴趣的靶基因的表达。前人在动植物中不断完善基于CRISPR/Cas系统的靶基因表达调控系统。然而，基于CRISPR的玉米基因表达调控技术尚未见报道。另外，孤雌生殖是指从母体未受精的卵细胞中产生胚胎，直接繁殖后代的一种繁殖方式。玉米孤雌生殖可以形成单倍体，用于双单倍体育种。

团队基于CRISPR/dCas9基因编辑技术，融合了不同的转录激活效应元件，开发了玉米高效基因表达调控工具。实验表明，目的基因的转录水平可提高1.6-11.3倍，目的基因编辑窗口位于基因起始密码子上游1-100 BP，基因激活能力最强。在上述技术的基础上，研究人员设计并构建了鸡蛋特异性激活工具CRISPRa5BBM，高效激活了ZmBBM2卵细胞的表达。单细胞测序和原位杂交实验进一步证明，ZmBBM2在其他配子体细胞如辅助细胞、中央细胞和反足细胞中不转录和表达，具有明确的卵细胞特异性。未受精配子体的表型分析表明，该突变可导致3.9%的双胚囊结构。授粉子代分析结果表明，在获得的CRISPRa5BBM转化系中，最高的母体单倍体为3.6%。本研究建立了玉米母本孤雌生殖的基因工程技术，为单倍体诱导双单倍体育种提供了母本独立单倍体产生的技术途径，具有重要的育种技术价值。

BBM2基因靶向转录激活诱导玉米卵细胞单倍体孤雌生殖

齐先涛博士后是本文第一作者，谢传晓研究员是本文通讯作者。该研究得到了国家、中国博士后科学基金、海南省亚洲湾种子实验室、中国农业科学院创新项目的支持。

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