利用碱基编辑创制水稻光温敏位点

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基因编辑技术是利用特异性核酸酶在靶点产生DNA双链断裂,在DNA自我修复过程中引入突变。CRISPR/Cas9系统是目前使用最广泛的基因编辑技术,碱基编辑技术是在CRISPR/Cas9的基础上开发的高效率碱基替换技术,其中胞嘧啶碱基编辑器(CBEs)能够实现C/G到T/A的碱基变化,腺嘌呤碱基编辑器(ABEs)能够实现A/T到G/C的碱基变化。利用CBEs与ABEs可以实现定点的碱基突变。水稻是我国重要的粮食作物,提高水稻产量就是我国粮食安全的保障。杂交水稻是提高水稻产量的重要方法,目前我国杂交育种方法主要分为以细胞质雄性不育为代表的“三系法”和以光温敏细胞核雄性不育系为代表的“两系法”。与三系法相比两系法的配组范围更大、简化育种过程。但目前两系法所用的光温敏位点单一,光温敏机制还需继续深入研究。所以继续寻找和创制新的光温敏位点对于两系杂交水稻的发展以及温敏机制的解析至关重要。本实验室之前的研究发现同一基因的不同位置突变可能会造成不同的育性变化,光温敏基因通常是单个碱基变化的弱等位突变,而利用碱基编辑器可以创造单个碱基变化的弱突变就有可能创造出新的光温敏突变位点。ostms15是我们实验室发现的一个光温敏位点,其突变发生在保守的LRR区的TIR区段,这个区段是其与TDL1A的的互作区端,可能存在其他的光温敏位点。由此我们选择了TMS15的TIR区作为靶区,使用碱基编辑器进行了饱和突变设计,获得了一系列的碱基突变植株,并对纯合编辑植株进行了高低温验证。有10个编辑株系在高低温下有明显的育性变化,其中tms15-C11的表型最为明显,在高温下结实率仅为4.89%,低温下结实率恢复到38.72%。扫描电镜发现高温下tms15-C11的花药表面变得光滑、大部分花粉塌陷。酵母双杂交发现高温下C11TIR与TDL1A110-226的互作低于TIR与TDL1A110-226,低温互作强度与TIR与TDL1A110-226相似,这可能是其育性转变的原因。在本论文中,我们利用碱基编辑器成功创制了一系列光温敏突变体,为光温敏位点的发掘提供了一种新方法和思路。
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