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研究人员建立一高通量基因编辑技术,助力水稻功能基因组学研究
2021年10月28日 08:58   化工热点

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华中农业大学作物改良国家重点实验室谢卡斌课题组建立了一种阵列式CRISPR文库用于大规模植物基因编辑的方法。利用此方法,该课题组创建了靶向敲除1072个水稻类受体激酶的基因编辑材料,为快速鉴定抗病、抗逆相关的基因提供了新资源。基于此,该团队以“A FLASH pipeline for arrayed CRISPR library construction and the gene function discovery of rice receptor-like kinases”为题在Molecular Plant期刊上在线发表了研究论文。

 

随着CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物中的日益成熟,利用CRISPR文库进行高通量的筛选成为可能。目前有两种 CRISPR 文库构建策略:混合型文库(pooled library)和阵列式文库(arrayed library)。其中,混合型的CRISPR/Cas9文库已被多个实验室用于水稻、玉米、番茄等作物的突变体库的构建,但目前尚未有阵列式CRISPR文库在植物中应用的报道。

 

本研究建立了一种阵列式CRISPR库的快速构建技术,可同时用于小规模和大规模植物基因编辑材料的创制。作者设计了一种PCR片段长度作为Cas9/gRNA标签的策略(PCR fragment-length markers for gRNAs distinguishing,简称FLASH标签),可以通过常规PCR和凝胶电泳读取每个和转化植株的gRNA信息(即靶基因信息)。本研究中,课题组设计了12个含不同FLASH标签的CRISPR/Cas,并与96孔板高通量克隆技术结合,建立了快速构建Cas9/gRNA质粒文库的方法。本研究还设计了将含不同FLASH标签的12个质粒载体混合后转化水稻的策略,通过PCR检测转化植株所含FLASH标签的片段大小即可读取gRNA信息,极大地简化了基因编辑材料的创制过程。

 

利用FLASH策略,本研究在一年左右的时间内完成了靶向编辑1072个水稻类受体激酶的构建工作。课题组以12个载体混合转化水稻的方式,通过89个水稻转化事件获得了5039棵T0代水稻植株;通过PCR检测FLASH标签的方式读取了每株植物的gRNA信息,成功获得了955个RLK基因的编辑水稻。对部分材料的基因型鉴定结果表明,目标基因的编辑效率在90%以上。

 

本研究对脱靶编辑、无T-DNA整合的基因编辑事件也进行了详细分析,并对15个基因的材料进行了稻瘟病接种试验,鉴定到了9个抗稻瘟病相关的基因。最后,课题组讨论了该方法的优缺点,并提出了构建全基因组规模的阵列式CRISPR文库的协作方案。(Bioon.com)