牧草育种与良种繁育重点实验室建立紫花苜蓿高效基因编辑体系

　　近日，牧草育种与良种繁育重点实验室联合中国科学院青岛生物能源与过程研究所在The Crop Journal发表了有关紫花苜蓿基因编辑技术体系开发研究论文，为紫花苜蓿生物育种创新研发和产业应用提供有力支撑。

　　“牧草之王”紫花苜蓿，是全世界广泛种植的饲草作物。精准创制优良性状种质资源的紫花苜蓿基因编辑技术是国内外苜蓿育种研发领域关注焦点。但紫花苜蓿基因组复杂，遗传转化流程繁琐，对操作人员技术经验、受体材料遗传背景要求极高。所以苜蓿基因编辑体系开发需要依靠高通量遗传转化技术与高效基因编辑器。

　　研究团队发表的题为“Development of a single transcript CRISPR/Cas9 toolkit for efficient genome editing in autotetraploid alfalfa”的研究论文

　　目前紫花苜蓿基因编辑载体均使用Pol III型启动子驱动sgRNA表达，难与Pol II型启动子驱动的Cas9较好协同表达。针对上述问题，研究团队开展科研攻关，选择公农1号为底盘资源，采用超声辅助侵染技术，建立公农1号高效遗传转化体系(转化率达到50%以上)，为紫花苜蓿规模化遗传转化提供支撑。

　　公农1号紫花苜蓿超声辅助叶圆盘高效遗传转化体系

　　在此基础上，研究人员采用拟南芥UBIQ10组成型强启动子启动Cas9和sgRNA模块以单一转录单元进行协同高效表达，并利用基于tRNA的多sgRNA串联，在紫花苜蓿中实现了同一基因或不同基因多个靶位点的高效编辑。该载体系统简捷、高效，在多个重要作物的基因编辑中具有通用性，已被来自国内科研院所20多个相关团队试用，获得良好反馈。

　　紫花苜蓿高效简捷基因编辑载体

　　研究人员发现，sgRNA的选择是紫花苜蓿基因编辑成功与否的关键。然而，紫花苜蓿原生质体制备与转化体系对操作人员技术要求高，叶圆盘法遗传转化周期长，无法实现高编辑效率sgRNA快速筛选。研究团队基于MtLAP1转录因子过表达累积花青苷“显色”的原理，开发了一套基于可视化毛状根的sgRNA高效筛选系统。与非可视化工具相比，节省60%~70%的样本检测成本。

　　基于可视化毛状根的紫花苜蓿sgRNA高效筛选系统

　　最后，研究人员利用构建的一整套技术体系对紫花苜蓿叶发育的关键基因PALM1进行编辑，成功获得高叶/茎比和高蛋白含量的紫花苜蓿种质资源。为推动基因编辑技术在我国苜蓿生物育种研发中的广泛应用和加速具有优良农艺性状苜蓿核心种质资源的创制提供科研助力。

　　palm1基因编辑紫花苜蓿新材料

　　创新是发展的第一动力，接下来牧草育种与良种繁育重点实验室将继续围绕内蒙古发展高质量草种业的重大战略需求，开展前沿育种技术研究的联合攻关，形成良种高通量育繁体系，为草种业高质量发展提供技术保障。