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空育131是我国东北主栽的常规稻品种之一,该品种在低温和高湿的条件下易感稻瘟病。前期的研究表明Pi21和Os Badh2在隐性状态下分别具有抗稻瘟病和稻米香味的特性,而品种空育131的Pi21和OsBadh2基因都是显性的。本研究拟通过CRISPR-Cas9技术编辑空育131的Pi21和OsBadh2基因,改良空育131的稻瘟病抗性和香味品质。本研究的主要研究结果如下:1.设计了4个靶位点(sgRNA1-4)特异地结合Pi21基因,针对Pi21基因的sgRNA1和sgRNA2靶位点构建的编辑载体,分别获得了2株和6株杂合突变体。针对Pi21基因的sgRNA3和sgRNA4靶位点构建的双靶位点编辑载体,获得了13株杂合突变体。针对sgRNA1和sgRNA2靶位点获得的8株杂合突变体,鉴定到5个单拷贝转基因植株,在T1代共获得12株无Cas9转基因位点的pi21纯合突变体。qRT-PCR和RT-PCR的结果显示Pi21基因在叶鞘中的表达量最高,其次是茎秆;3个纯合突变体(62-2、61-3和18-23)叶鞘和茎秆组织中Pi21基因的表达量与对照空育131相比均下降。2.苗期室内接种稻瘟病的结果显示:空育131对5个检测的菌株均表现为感病,基因Pi21的纯合编辑材料62-2(缺失碱基C)和36-18(缺失4个碱基)对14-7303-1菌株有较强的抗性,但17-1(插入碱基A)对14-7303-1菌株感病,这3个编辑位点纯合家系对接种的另外4个菌株都表现为感病。共分离检测的结果表明抗病表型和Pi21的编辑位点共分离,说明植株的抗病反应确实是由于Pi21的碱基缺失引起的。农艺性状考察的结果显示:这3个编辑位点纯合家系(62-2、17-1和36-18)的主要农艺性状与野生型相比基本没有改变。比较测序的结果表明这3份材料中与Pi21基因连锁的LOC_Os04g32890基因序列与野生型一致,说明编辑Pi21基因时没有导致临近品质基因序列的改变。3.针对OsBadh2基因的sgRNA1靶位点构建的单靶位点编辑载体,获得了2株杂合突变体;针对OsBadh2基因的sgRNA3和sgRNA4靶位点构建的双靶位点编辑载体,获得了7株杂合突变体。