中国农科院开发肉眼可见是否被基因编辑的技术

基于CRISPR/Cas系统基因组编辑技术可以精准定向创制目标突变，已成为基础研究和生物育种应用的重要工具，具有重要的理论与实践意义和价值。目前，玉米等作物CRISPR/Cas基因编辑主要技术途径是通过稳定遗传转化把基因编辑活性表达盒整合至受体基因组，再生出植株，鉴定出目标突变，再通过遗传重组分离获得转基因阴性目标突变个体扩繁应用。因此，需先筛选出转基因阳性植株，获得标突变之后，为排除持续基因编辑活性可能存在的影响，还需要再筛选转基因阴性，整个过程需反复筛选与鉴定转基因阳性与阴性，工作量大，费用费力。种子是陆生种子植物世代交替过程中最适宜分选的孢子体，研发植物种子的报告系统，通过肉眼观察即可挑选出转基因阳性与阴性籽粒，简化工作流程，实用性强，可显著提高植物基因编辑工作效率。

JIPB近日在线发表了中国农科院作物科学研究所谢传晓研究组题为“Establishment of an efficient seed-fluorescence reporter-assisted CRISPR/Cas9 gene-editing in maize”（https://doi.org/10.1111/jipb.13086）的研究论文。该研究建立了玉米种子荧光报告（seed fluorescence reporter, SFR）辅助的CRISPR/Cas9（SFR/Cas9）系统，可简化单个靶标与多靶标突变体库创制基因编辑工作流程，大大提高了工作效率。

图1 玉米种子荧光报告系统辅助CRISPR/Cas9（SFR/Cas9）系统

研究组分别采用胚乳糊粉层特异性启动子（HvASP）和胚特异性启动子（ZmESP）驱动红色荧光蛋白DsRED的特异表达，构建了胚（Em-SFR/Cas9）、胚乳（En-SFR/Cas9）以及两者混合构库（Em/En-SFR/Cas9）荧光报告系统辅助CRISPR/Cas9，采用该系统对14个靶标基因开展了CRISPR/Cas9基因编辑应用验证。分别采用单个Em-SFR/Cas9、单个En-SFR/Cas9与12个Em/En-SFR/Cas9混合载体的进行了农杆菌遗传转化，结果表明无论是单靶标基因编辑，还是混合构库基因编辑，均可通过种子胚乳和胚中荧光特征，准确鉴别转基因或非转基因，大幅度提高了工作效率。而且，多靶标混池基因编辑过程中，还可以把籽粒分成En-SFR/Cas9、Em-SFR/Cas9和Em/En-SFR/Cas9三种类型，显著缩小了靶标基因突变筛选的范围，进一步提高了效率，还筛选得到13个双基因标复合突变和4个三基因复合突变。该系统可以扩展应用于其他种子作物，尤其对于转化效率较低的物种或者大规模构突变库等工作具有更大的应用价值。

中国农业科学院作物科学研究所与安徽农业大学联合培养的博士生闫元元为该论文的第一作者，中国农业科学院作物科学研究所朱金洁博士、祁显涛博士与安徽农业大学程备久教授为共同作者，中国农业科学院作物科学研究所谢传晓研究员和刘昌林副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省重点领域研发计划和中国农业科学院基本科研业务费资助。