北京市农林科学院赵久然团队利用CRISPR/Cas9技术创制出水稻香米味道的玉米新种质
我国每年种植籽粒玉米面积6亿多亩，还有2000多万亩种植面积的鲜食玉米，如果能使其具有像水稻香米一样的怡人香味，将极大满足和提升广大消费者的口福。然而在玉米中却一直没有发现具有香米味道的种质资源，更没有香米味道的玉米品种育成。赵久然团队较早就已注意到这一巨大的需求潜力，决定利用基因组编辑等前沿生物技术，去探索这一常规育种技术难以实现的目标。
OsBADH2 (编码甜菜碱醛脱氢酶2) 是水稻中控制香味性状的主效基因。该团队以水稻OsBADH2的基因信息为基础，通过比较基因组学分析，在京724玉米基因组中发现了其同源基因。经多序列联配（MSA）及进化分析结果显示，与水稻中仅有一个BADH2不同，玉米含有两个BADH2基因（ZmBADH2-1和ZmBADH2-2），且两个玉米BADH2的蛋白序列均与水稻BADH2有95%的高度同源性。同时研发构建了高效玉米基因编辑系统，仅使用一个靶点序列即实现了“一箭双雕”的双基因同时编辑效果，即利用经多重优化并适用玉米的CRISPR/Cas9技术，设计了单一靶点同时靶向编辑上述两个基因，实现两基因同时编辑效率高达90%以上的结果。这有效提高了材料创制效率，并降低后续检测等成本以及多靶点产生的意外脱靶风险等。经多次重复发现，在两个基因同时编辑材料的T1籽粒中均可以闻到明显的香米味道，而在对照材料中和只编辑上述两个基因的其中一个基因的材料中都没有香味。利用气相色谱质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）进一步分析证明，大部分具有香味的玉米基因组编辑株系的2-AP含量在400μg·kg-1左右，达到或超过了市场上常见香米的2-AP含量，且不同材料多个批次试验的结果稳定；而有些材料因为碱基变化的位置或幅度较大，在2-AP含量上又表现出明显的浓度梯度，这有利于在创制出的大量香味玉米新种质中，可以具有不同梯度的香味浓度，做到了兼顾稳定性与多元化，也为适应不同口味的玉米蒸煮食味品质提供了多样化选择。
这一工作是该团队在自主选育的骨干自交系京724上完成的。京724具有综合性状优良和高配合力等多方面优点，已经组配选育了京科968、MC738、MC948等多个国审品种。该团队突破了京724的组培转化，实现了15%以上的转化效率，为未来利用基因组编辑技术进行新品种的快速培育和应用推广提供了优异的种质基础。相关工作历经3年多时间，于今年1月完成论文投稿，并于今年4月20日被正式接收。
本月上旬《植物学报》英文版（JIPB）在线发表了王飞团队“利用另一CRISPR/Cas系统创制世界首例香味玉米”的相关文章。两个团队利用不同方法、不同材料都分别创制出了香米味道的玉米新种质，为培育具有新型香味的玉米品种提供了可能。
玉米研究中心张翔、史亚兴、卢柏山为共同第一作者，王元东、杨进孝和赵久然研究员为共同通讯作者。本研究得到北京学者（BSP041）项目资助。
玉米研究中心以玉米种质创新和新品种培育为主要研究方向，仅十三五期间就培育并通过国家审定玉米新品种100多个。年种植面积5000万亩左右，累计超3亿亩。既有京科968、京农科728等高产优质和适宜籽粒机收的品种系列，也有京科糯2000、农科玉368、农科糯336等系列优质广适鲜食玉米品种。创制香味糯、甜味糯等新型食用玉米种质，也是他们为进一步提高玉米食味品质而开展的一项研究工作。