近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，定點(diǎn)敲除小麥品種“鄭麥7698”中的TaARE1基因，獲得了具有高產(chǎn)和氮高效利用潛力的小麥新種質(zhì)，為培育資源高效利用小麥品種提供了新途徑，對于減少氮肥施用量，增加小麥產(chǎn)量，確保糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物學(xué)報(bào)（Journal of Integrative Plant Biology）》上。
據(jù)夏蘭琴研究員介紹，農(nóng)業(yè)實(shí)踐中主要依靠大量施用氮肥提高小麥產(chǎn)量，滿足人類不斷增長的糧食需求。小麥“綠色革命”后，耐高肥和抗倒伏的半矮稈品種的廣泛種植雖然大幅度提高了小麥產(chǎn)量，但長期過度使用氮肥不僅提高了種植成本，也產(chǎn)生了環(huán)境污染和生態(tài)惡化等負(fù)面影響。目前普遍存在品種氮素利用效率低的問題，大多數(shù)小麥品種對氮肥的利用效率不足40%。因此，提高氮素利用效率對小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
目前，利用基因編輯技術(shù)編輯氮素同化相關(guān)基因，提高小麥氮素利用效率的研究還未見報(bào)道。該研究從冬小麥品種“鄭麥7698”中分離鑒定出水稻ARE1同源基因。ARE1是一個(gè)重要的氮素同化途徑的負(fù)調(diào)控因子。水稻中ARE1的功能缺失型突變體可以延緩植株衰老并可在氮素有限的條件下提高水稻產(chǎn)量。進(jìn)一步通過CRISPR/Cas9技術(shù)靶向編輯TaARE1基因，經(jīng)過后代分離，成功獲得了系列無轉(zhuǎn)基因小麥taare1突變體。在缺氮和不同供氮條件下的水培試驗(yàn)中，不同突變株系的根皮層細(xì)胞體積顯著增大，細(xì)胞數(shù)量增加。研究還發(fā)現(xiàn)，與野生型對照相比，在氮饑餓條件下，不同的突變株系中參與氮素吸收、運(yùn)輸和同化的關(guān)鍵基因均被不同程度的誘導(dǎo)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等種植條件下，與野生型對照相比，所有突變體的植株衰老明顯延緩，粒長和千粒重均有明顯增加。
該研究得到了中國農(nóng)科院農(nóng)科英才“領(lǐng)軍人才”特支計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
目前，利用基因編輯技術(shù)編輯氮素同化相關(guān)基因，提高小麥氮素利用效率的研究還未見報(bào)道。該研究從冬小麥品種“鄭麥7698”中分離鑒定出水稻ARE1同源基因。ARE1是一個(gè)重要的氮素同化途徑的負(fù)調(diào)控因子。水稻中ARE1的功能缺失型突變體可以延緩植株衰老并可在氮素有限的條件下提高水稻產(chǎn)量。進(jìn)一步通過CRISPR/Cas9技術(shù)靶向編輯TaARE1基因，經(jīng)過后代分離，成功獲得了系列無轉(zhuǎn)基因小麥taare1突變體。在缺氮和不同供氮條件下的水培試驗(yàn)中，不同突變株系的根皮層細(xì)胞體積顯著增大，細(xì)胞數(shù)量增加。研究還發(fā)現(xiàn)，與野生型對照相比，在氮饑餓條件下，不同的突變株系中參與氮素吸收、運(yùn)輸和同化的關(guān)鍵基因均被不同程度的誘導(dǎo)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等種植條件下，與野生型對照相比，所有突變體的植株衰老明顯延緩，粒長和千粒重均有明顯增加。
該研究得到了中國農(nóng)科院農(nóng)科英才“領(lǐng)軍人才”特支計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
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