基于CRISPR/Cas9技术的烟草烟碱相关基因敲除及功能研究

作者：冯吉; 程玲; 蔡长春; 孙光伟; 孙敬国; 杨锦鹏; 李建平; 陈振国^*

来源：中国烟草科学, 2021, 42(02): 84-90.

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2021.02.013

• 基因
• 编辑技术
• 突变
• 烟碱

CRISPR/Cas9是一种重要的基因组定向编辑技术,近年来在植物基因组的定向敲除和分子育种材料创制中得到了广泛应用。为了发掘可用于分子育种的低烟碱烟草,以烤烟品种K326为试验材料,利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对控制烟草烟碱合成和转运的5个基因(PMT1、QPT1、A622、NtNUP1和JAT1)进行定向敲除,并对T2代纯合基因型烟草植株进行烟碱含量检测。结果表明,定向敲除5个基因后获得100株成功编辑的T0代烟草植株,突变检出率为29.9%,突变类型以单碱基插入或删除为主。对定向敲除烟碱合成基因QPT1和转运基因JAT1的T1代纯合基因型烟草植株进行序列分析,发现存在4种突变类型,分别是插入一个T、C、A碱基的插入突变和一个缺失44个碱基的缺失突变,从而引发移码使得翻译的氨基酸链大幅缩短,其T2代植株上部叶烟碱含量显著低于野生型植株。综上所述,CRISPR/Cas9技术能够高效定向敲除烟碱关键基因,为低烟碱烟草分子育种提供了理论和技术支撑。