基于基因组编辑技术的水稻靶向突变特征及遗传分析

作者：唐丽; 李曜魁; 张丹; 毛毕刚; 吕启明; 胡远艺; 韶也; 彭彦; 赵炳然; 夏石头

来源：遗传, 2016, 38(08): 746-755.

DOI：10.16288/j.yczz.16-052

• TALEN
• CRISPR/Cas9
• 水稻
• 靶向突变
• 遗传特性

TALEN(Transcription activator-like effector nucleases)系统和CRISPR/Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)系统是当前广泛应用的两大基因组编辑技术。本文比较分析了水稻(Oryza sativa L.)中这两大系统诱导突变的突变率、突变类型、突变位置、突变时间和遗传模式,发现TALEN系统和CRISPR/Cas9系统均可在T0代水稻中有效诱发位点特异性突变,且CRISPR/Cas9的突变率更高。两大系统都以诱发10 bp以内的In Del突变为主,TALEN系统易诱导10 bp以内的缺失突变,而CRISPR/Cas9系统易诱导1 bp的插入突变,且CRISPR/Cas9系统诱发的DNA双链断裂(Double-strand breaks,DSBs)位置更加精确。此外,DSBs在修复过程中能以低频同源重组(Homologous recombination,HR)途径修复,产生DNA片段重复突变。对于相邻双靶点CRISPR/Cas9系统而言,双靶点间的DNA片段可发生缺失或倒位,这种双靶点间DNA片段突变的发生频率与双靶点各自的突变率无正相关性。两大系统诱导的突变最早发生在已转化的愈伤组织中,少量发生在水稻的体细胞中,导致了纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变4种遗传模式,其中双等位突变比例最高,嵌合突变比例最低。除嵌合突变外,纯合突变、杂合突变、双等位突变的突变序列均可稳定遗传给下一代。

• 单位
  湖南杂交水稻研究中心; 杂交水稻国家重点实验室; 湖南农业大学