‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨_张西英

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西北农业学报2023,32(2):290-298ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinicadoi:10.7606/j.issn.1004-1389.2023.02.013https://doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2023.02.013‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨张西英,刘江娜,李荣霞,薛丽萍,白云凤,张爱萍(新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所,新疆五家渠831300)摘要为研究建立加工番茄‘新番72号’的CRISPR-Cas9基因编辑系统。通过对番茄全基因组序列扫描,从SlACS2基因上游编码区筛选出高特异性sgRNA,利用CRISPR-Cas9系统对SlACS2基因进行定点突变使其失活,使系统Ⅰ乙烯正常表达以保证植株正常生长,又适度抑制系统Ⅱ乙烯生成,迟滞果实过熟软化,提高耐贮运性能。结果表明:在第1外显子的sgRNA中,位于外显子132~154nt的sgRNA1-14特异性最好,GC含量较高,靶向特异性综合得分也较高,可为优选sgRNA。第2外显子没有合适的sgRNA可选择。试验共完成394份植株的测序工作,从中筛选出无T-DNA的突变株6个,根据测序结果明确了不同植株的突变类型,其中357个植株发生突变,突变率为90.6%,纯合突变率为36.8%。这一技术较杂交育种周期短,较诱变育种定向性好,较常规基因工程安全性高,将为番茄的遗传改良研究建立一个高效安全的技术体系。关键词番茄;耐贮性;遗传转化;基因编辑[11]新疆是中国主要的加工番茄种植基地,其机在效率和可控性方面则远远优于诱变育种。械采收已达到70%以上。由于番茄果实易过熟番茄基因组较小,已完成了全基因组精细序软化,致使耐压性能变差、抗病原菌能力降低,已列分析,为通过全基因组层面扫描、筛选出高特异[1]严重影响到生产、贮运及加工品质。培育抗软性sgRNA以规避脱靶效应提供了可靠的基因组化、耐贮运的番茄新品种对新疆加工番茄的种植序列和遗传背景,且遗传转化体系也已成熟。迄及加工产业的发展具有重要意义。今利用CRISPR-Cas9系统改良番茄农艺性状的利用常规育种方法改良番茄品种周期长,易报道较少。番茄是二倍体自花授粉作物,利用[2]受不良基因连锁和种间生殖隔离的限制。近年CRISPR-Cas9系统原位定点修饰乙烯代谢相关来,以多种新型高效的DNA靶向内切酶为基础基因以迟滞番茄过熟腐烂,并通过自交分离剔除建立的基因组编辑技术(Voytas,2013),可以在不外源DNA序列,获得无转基因序列的耐贮运新同物种中对目标基因进行定点敲除、单核苷酸或种质,为加工番茄新品种培育和功能基因研究提多核苷酸片段置换、添加等靶向修饰,不必通过导供技术支撑,也将为利用CRISPR-Cas9系统改良[3-6]入反义基因或RNAi基因抑制靶基因功能。番茄其他农艺性状做出有益探索。在各种基因编辑技术中,CRISPR/Cas9技术操[7-10]1材料与方法作较为简单、高效,应用更为广泛,CRISPR-Cas9系统对目标基因进行精确的原位编辑后,不1.1材料必再通过转基因调控目标基因功能,而由于番茄品种为‘新番72号’,由新疆生产建设兵sgRNA-Cas9基因的整合位点和编辑位点是分离团第六师农科所番茄课题组选育提供。母本‘A-的,因此可通过自交分离剔除sgRNA-Cas9基10’是从‘里格尔87-5’中筛选出综合抗性好的株因,获得无转基因序列的新种质,比常规转基因技系,经过8代自交提纯得到的稳定材料,属早熟加术安全可靠。基因编辑修饰的基因只有少数核苷工番茄品种;父本‘MG-01’是从国外引进的加工酸改变,与自然突变或人工理化诱变本质相同,而番茄材料‘JQ-23’,经7代分离、纯化得到的稳定、收稿日期:2021-05-24修回日期:2022-02-25基金项目:国家自然科学基金(31760571);新疆兵团强青科技创新人才计划(2021CB037)。第一作者:张西英,女,副研究员,研究方向为作物遗传育种。E-mail:592354963@qq.com通信作者:刘江娜,女,副研究员,研究方向为作物遗传育种。E-mail:284984737@qq.com张爱萍,女,研究员,研究方向为植物分子育种研究。E-mail:379409419@qq.com

12期张西英等:‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨·291·早熟品系,以番茄的下胚轴和子叶为外植体,农杆置,规避设计的sgRNA被内含子相隔而成为无菌介导转化。效sgRNA。根据CRISPR-Cas9靶点设计原则,1.2方法利用CRISPRdirect筛选SlACS2第1、2外显子番茄为呼吸跃变型果实,伴随呼吸跃变产生区域的sgRNA序列,sgRNA的结构设定为5′-大量乙烯,即系统Ⅱ乙烯,易使番茄果实过熟,腐(N)20NGG-3′,N为任意核苷酸。利用CRISPR-烂变质。1-氨基环丙烷1-羧酸ACC(1-aminocy-P验证sgRNA的靶向特异性,筛选出靶向特异性clopropane-1-carboxylicacid)是合成乙烯的直接好的sgRNA。前体,ACC合酶ACS(ACCsynthase)是乙烯合成1.2.2突变株的获得和突变类型的研究以番的限速酶,由多基因家族编码,SlACS1和茄的下胚轴和子叶为外植体,农杆菌介导转化,抗SlACS6等主导系统I乙烯的合成,SlACS2和性筛选和分子检测获得T0代转基因阳性植株,SlACS4主导系统Ⅱ乙烯的合成。利用多种信息然后筛选获得T0代突变植株自交结实后得到的学工具从SlACS2基因上游的编码区筛选出高特T1代种子,将T1代种子播种成苗后提取叶片基异性sgRNA,通过CRISPR-Cas9基因组编辑系因组DNA特异性引物检测,确定突变类型,并筛统仅对SlACS2基因进行定点突变,调控系统Ⅱ选纯合突变植株。乙烯过量表达,而不影响SlACS家族其他基因序2结果与分析列,以保证番茄正常生长发育,又适度抑制系统Ⅱ乙烯的生成,以期迟滞番茄过熟腐烂。2.1基于RNA-seq的SlACS2数字表达谱1.2.1SlACS2sgRNA的设计和选择克隆待以番茄功能基因组数据库网站(http://ted.改良加工番茄品种‘新番72号’等的SlACS2基Bti.ornell.edu/cgi-bin/)中RNA-seqdata的数因cDNA,以此作query进行BLAST,确定据作基础,建立SlACS2基因的基于RNA-seq的SlACS2的基因组结构以及外显子所在染色体位数字表达谱(图1)。1.子房;2.半绿果实;3.成熟绿果实;4.破色期果实;5.成熟红果实;6.0~3mm花蕾;7.3~8mm花蕾;8.8mm开花前花蕾;9.完全展开花;10.发育阶段花的混合物;11.野生番茄花粉;12.感染假单胞菌叶片;13.假单胞菌叶片;14.混合诱导叶片;15.4~6周龄植株的顶端分生组织;16.8周龄植株顶端分生组织;17.花前根;18.挂果期根;19.营养匮乏的根;20.完全吸涨5d后的胚根;21.完全吸涨7d后的幼苗;22.休眠种子;23.愈伤组织;PRKM.每百万reads中来自于特定基因每千碱基长度的reads数1.Ovary;2.Greenfruit;3.Ripegreenfruit;4.Fruitatbrokencolorstage;5.Riperedfruit;6.0to3mminbud;7.3-8mminbud;8.8mmbeforefloweringbuds;9.Fullyexpandedflower;10.Amixtureofflowersatdevelopmentalstage;11.Wildtomatopollen;12.LeavesinfectedwithPseudomonas;13.LeavesofPseudomonas;14.Mixedinducedblade;15.Apicalmeristemofplants4-6weeksold;16.Apicalmeristematageof8weeks;17.Rootbeforeflowering;18.Rootatfruitstage;19.Rootswithdeficientnutrition;20.Thecom-pletelyabsorbedradicleafter5days;21.Theseedlingscompletelysuckedupafter7days;22.Seeddormancy;23.Callus;PRKM.Thenumberofreadsforonekilobaselengthfromaparticulargenepermillionreads图1基于RNA-seq的SlACS2数字表达谱Fig.1DigitalexpressionprofileofSlACS2basedonRNA-sequence

2·292·西北农业学报32卷结果显示:SlACS2在番茄的子房、愈伤组织扩增后对目的基因进行回收与纯化。先对中有低水平表达,在破色期果实、成熟的红果实中PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳,紫外灯下切下含有较高水平的表达。证实了SlACS2是与果实成有目的片段的凝胶,用DNA凝胶回收盒回收测熟相关的基因,利用CRISPR-Cas9技术对该基因序。利用DNAman进行序列比对,克隆基因与进行原位编辑,可能会减缓番茄内源乙烯的产生,NM_001247249.2完全一致,见图2。同时,新疆迟滞番茄过熟,提高储运品质。番茄acs2基因的cds及编辑位点见图3。2.2同源克隆新疆番茄ACS2基因2.3SlACS2染色体定位和基因组结构以cDNA为模板,在NCBI上对序列进行查以SlACS2的cds作query,对NCBI番茄基找和分析,设计引物,如表1所示,进行ACS2基因组数据库进行Blast,结果表明,由图4可知,因序列的扩增。SlACSgDNA位于番茄的1号染色体(Gen-表1目的基因扩增引物BankAccession:NC_015438.2),位置在Table1Primersfortargetgeneamplification88456011~88453490nt之间,长度2522nt,引物Primer序列(5′→3′)Sequence由4个外显子、3个内含子组成,前3个外显子较上游引物UpstreamATGGGATTTGAGATTGCAAAGAC短,位于SlACS2的5′端,可在每个外显子区域设primer计sgRNA,规避sgRNA分布在外显子和内含子下游引物DownstreamTTAACGAACTAATGGTGAGGGAGGA连接处。primers图2DNAman序列比对结果Fig.2ComparisonresultofDNAmansequences2.4sgRNA的设计和选择列,易产生脱靶效应。在剩余7条sgRNA中,位根据CRISPR-Cas9靶点设计原则,利用于外显子132~154nt的sgRNA1-14特异性最CRISPRdirect(https://crispr.dbcls.jp/)筛选好,该sgRNA和它包含的对特异性起重要作用SlACS2外显子区域的sgRNA序列,即3′端有的、邻近PAM的12nt种子序列在番茄基因组上PAM元件的20个连续的碱基序列,PAM元件都是唯一序列,没有与之完全匹配的序列。设定为NGG,sgRNA的结构为5′-(N)20NGG-sgRNA1-14的GC含量较高,靶向特异性综合得3′,N为任意核苷酸。利用CRISPR-P(http://分也较高,可为优选sgRNA。由表3可见,第2cbi.hzau.edu.cn/crispr/)对sgRNA的靶向特异外显子有9条sgRNA序列,其GC含量均低于性进行综合评分,由表2、3可知,综合得分在35%,临近PAM12nt的种子序列的脱靶位点在229~49。个以上,没有合适的sgRNA可以选择。根据CRISPRdirect在线分析,由表2可见,2.5番茄遗传转化体系的建立在第1外显子的sgRNA中,有9条含有连续的对加工番茄‘新番72号’的种子消毒处理后TTTT序列,可排除。sgRNA1-2的GC含量低,置于1/2培养基上发芽,获得无菌苗。通过苗龄、sgRNA1-7在5号染色体上也有完全匹配的序外植体对番茄愈伤组织及不定芽诱导的影响和不

32期张西英等:‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨·293·图3新疆番茄acs2基因的cds及编辑位点Fig.3cdsandeditingsitesofacs2geneinXinjiang’stomato图4SlACS2染色体定位和基因组结构Fig.4SlACS2locationonchromosomeandgenomicstructure同激素浓度配比对愈伤组织和芽分化诱导的影夜的最佳转化条件(图6)。响,最终筛选建立了无菌苗快繁再生体系(图5)。将与农杆菌共侵染后的愈伤组织分别放入含通过对农杆菌浓度、侵染时间、共培养时间等有Kan的筛选培养基中进行初步筛选培养,在筛方面对番茄遗传转化率的影响进行研究,筛选出选过程中,首先用20mg/LKan的筛选培养基上适宜的转化条件。最终通过多次筛选试验,确定培养15d后,转接至40mg/LKan筛选培养基上了农杆菌OD600为0.6~0.8为宜,以0.7最佳,培养20d,最终在60mg/LKan筛选培养基上培预培养2d,侵染时间为15min,侵染后暗培养一养,这样即能保证转化的愈伤组织正常分化,分化

4·294·西北农业学报32卷出的抗性不定芽生长正常,也可减少逃逸芽的产生(图7)。表2SIACS2基因第1外显子含有的sgRNAsTable2sgRNAsofexon1inSIACS2gene位置序列信息目标数量Position目标序列SequenceinformationNumberoftargetsites编号分值TargetsequenceNo.Sore起点-终点+20mer+PAM(total23mer)TTTTin20mer+12mer+GC/%Tm/℃Start-End-20merPAMPAM1-123~45-CCAACTCAATCTTATCAAAATTG25.0057.14+114361-224~46+CAACTCAATCTTATCAAAATTGG25.0057.14-127371-343~65+TTGGCTACTAATGAAGAGCATGG40.0068.91-16481-467~89+GAAAACTCGCCATATTTTGATGG35.0063.59+13351-568~90+AAAACTCGCCATATTTTGATGGG30.0062.44+113311-671~93+ACTCGCCATATTTTGATGGGTGG45.0070.11+111321-776~98-CCATATTTTGATGGGTGGAAAGC40.0067.75-25291-8112~134-CCTTTCCACCCTCTAAAAAACCC45.0070.92+12451-9117~139-CCACCCTCTAAAAAACCCCAACG50.0071.96+16471-10118~140+CACCCTCTAAAAAACCCCAACGG45.0070.87-15461-11120~142-CCCTCTAAAAAACCCCAACGGAG45.0069.93+110481-12121~143-CCTCTAAAAAACCCCAACGGAGT45.0070.44+13481-13132~154+CCCCAACGGAGTTATCCAAATGG50.0072.85-14491-14132~154-CCCCAACGGAGTTATCCAAATG45.0068.06-11491-15133~155+CCCAACGGAGTTATCCAAATGGG45.0070.12-15491-16133~155-CCCAACGGAGTTATCCAAATGGG45.0070.12-12491-17134~156-CCAACGGAGTTATCCAAATGGGT45.0071.70-12481-18147~169-CCAAATGGGTCTTGCTGAAAATC40.0067.24+1345表3SIACS2基因第2外显子含有的sgRNAsTable3sgRNAsofexon2inSIACS2gene位置序列信息目标数量Position目标序列SequenceinformationNumberoftargetsites编号分值TargetsequenceNo.Sore起点-终点+20mer+PAM(total23mer)TTTTin20mer+12mer+GC/%Tm/℃Start-End-20merPAMPAM2-15~27+GTTTAGACTTGATAGAAGATTGG30.0060.81-18462-225~47+TGGATTAAGAGAAACCCAAAAGG35.0065.58-13432-339~61-CCCAAAAGGTTCAATTTGTTCTG30.0060.44+118412-440~62-CCAAAAGGTTCAATTTGTTCTGA30.0061.91-113422-543~65+AAAGGTTCAATTTGTTCTGAAGG30.0061.91-110382-660~82+TGAAGGAATCAAATCATTCAAGG30.0061.46-114392-783~105-CCATTGCCAACTTTCAAGATTAT30.0062.73-14432-888~110+GCCAACTTTCAAGATTATCATGG35.0064.09-220302-989~111-CCAACTTTCAAGATTATCATGGC35.0064.34-129462.6Cas9转基因番茄再生植株的PCR检测及编辑植株分子鉴定以质粒pSlACS2-DsgRNA为阳性对照,以野生型加工番茄‘新番72号’为阴性对照,利用CTAB法提取T0代植株的DNA,通过表4中的筛选引物,对获得的21个抗性再生植株以Cas9特异引物进行PCR扩增检测是否将CAS9系统成功转入,其中7株扩增出了大小为841bp的目的条带,与阳性对照一致,未转化的野生植株未扩增出目的条带,见图8,初步表明基因已经整合到图5番茄无菌苗转化受体基因组中。PCR扩增体系为:基因组Fig.5Asepticseedlingsoftomato

52期张西英等:‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨·295·DNA1μL,PremixTaqDNA聚合酶Mix58℃30s;72℃30s;35个循环;72℃5min,10μL,前后引物各0.8μL,加双蒸水至20μL;PCR产物的大小通过1.0%的琼脂糖凝胶电泳PCR扩增条件分别为:94℃5min;94℃30s;得到。图6番茄遗传转化再生植株Fig.6Regenerationplantsofgenetictransformationintomato图7抗性筛选Fig.7Screeningofresistance表4筛选PCR引物特异引物进行PCR扩增、测序及比对分析,确定Table4ScreeningofPCRprimers编辑突变体的突变类型,并筛选纯合突变单株。cas9-u6测序引物目前试验共完成394份植株的测序工作,从中筛序列(5′→3′)cas9-u6sequencingSequence选出无T-DNA的突变株6个,根据测序结果明primer上游引物确了不同植株的突变类型,对测序结果进行归纳TheupstreamCACTATCCTTCGCAAGACCCprimer总结,其中357个植株发生突变,突变率为下游引物90.6%,纯合突变率为36.8%。DownstreamGAGATTCCCGAACAAGCCGprimer通过调查得到种子萌发率、苗期生长情况及2.7SlACS2基因编辑植株的初步分子鉴定采摘期果实发育情况等相关指标,初步明确不同将收获的T0代突变株自交结实的T1代种突变类型会对加工番茄生长和果实发育产生影子播种于大田中,提取温室内T1代植株DNA,利响,同一突变类型表现型也不尽相同。由图9可用表5中的特异引物进行PCR扩增,使用靶位点见,以SgRNA2处缺失7个碱基的突变类型为

6·296·西北农业学报32卷例,在统计过程中发现,株型多数发育不正常,表现为株型小叶片卷曲,果实发育也不正常,果型小多为裂果,但也有少数植株生长发育正常,果型正常结果多、成熟好。3讨论与结论果实过熟导致软化腐烂是影响新疆加工番茄种植贮运及加工品质的重要限制因素。而常规杂交育种改良周期长,可利用的种质资源有限;理化诱变难以控制突变方向,突变位点鉴定困难;常规M.DL2000DNAMarker;+.阳性质粒;WT(-).阴性对基因工程易使民众产生安全性疑虑等诸多限制因照;1~4.转基因抗性植株[12-14]素。通过CRISPR-Cas9这一新型基因组定M.DL2000DNAMarker;+.Positiveplasmid;CK.Non-点编辑系统用于番茄耐贮性能改良,通过对transgenicplant;1-4.Resistantplants图8部分转化植株基因组DNAPCR检测SlACS2基因特定位点进行精准修饰,同时不影Fig.8PCRdetectionofgenomeDNAin响SlACS基因其他家族基因序列,迟滞果实过熟partialtransformedplants软化,提高耐贮运性能,从根本上解决加工番茄贮表5筛选PCR引物藏时间短、不耐运输、严重影响加工品质等诸多问Table5ScreeningofPCRprimers题;利用Cas9基因整合位点和编辑位点相互独编辑检测引物序列(5′→3′)立的特点,通过遗传分离,剔出T-DNA序列,获EditionofSequencedetectionprimer得无转基因组分的耐贮运新种质。这一技术较杂上游引物交育种周期短,较诱变育种定向性好,较常规基因CTCTTACACCATAACACAACUpstreamprimer下游引物工程安全性高,将为加工番茄的遗传改良建立一CCAGCCATAACAACTCTTTCDownstreamprimer个高效安全的技术体系。图9SgRNA2处缺失7个碱基Fig.9SevenbasesmissedatSgRNA2番茄是植物学研究的经典模式系统之一,已BiotechnologyBulletin,2019,35(6):9-15.[2]张尧,李忠晴,张丽,等.天山雪莲sikP基因提高番茄经完成了全基因组精细序列分析,通过突变体揭类黄酮含量的研究[J].西南农业学报,2018,31(6):1143-[15-18]示基因功能成为重要研究内容。建立加工番1147.茄有效的基因敲除技术体系,可促进其基因功能ZHANGY,LIZHQ,ZHANGL,etal.Researchofsaus-的研究发展,完善加工番茄CRISPR-Cas9基因编sureainvolucrataMYbtranscriptionfactorsikPgenesto辑系统将为加工番茄基因功能研究、改良其他农improvecontentsofflavonoids[J].SouthwestChinaJour-nalofAgriculturalSciences,2018,31(6):1143-1147.艺性状、培育新品种提供新的平台和技术支撑,具[3]姚祝平,程远,万红建.等.CRISPR/Cas9基因编辑技术有较大的应用前景。在植物基因工程育种中的应用[J].分子植物育种,2017,15(7):2647-2655.参考文献Reference:YAOZHP,CHENGY,WANHJ,etal.Applicationof[1]张圆圆,邵冬南,崔百明.基于CRISPR/Cas9加工番茄CRISPR/Cas9genomeeditingtechnologyinplantgeneticα-Man突变体的构建[J].生物技术通报,2019,35(6):9-engineeringbreeding[J].MolecularPlantBreeding,2017,15.15(7):2647-2655.ZHANGYY,SHAODN,CUIBM.Constructionofpro-[4]包爱科,白天惠,赵天璇,等.CRISPR/Cas9系统:基因组定cessingtomatoα-manmutantbasedonCRISPR/Cas9[J].点编辑技术及其在植物基因功能研究中的应用[J].草业学

72期张西英等:‘新番72号’加工番茄定点突变的耐贮性初步探讨·297·报,2017,2(7):190-200.matoplants[J].ChineseJournalofBiotechnology,1994,BAOAK,BAITH,ZHAOTX,etal.CRISPR/Cas9:A10(2):96-102.genetargetingtechnologyanditsapplicationinthestudyof[11]李树磊,郑红艳,王磊.基因编辑技术在作物育种中的应plantgeneticfunction[J].ActaPrataculturaeSinica,用与展望[J].生物技术通报,2020,36(11):209-221.2017,26(7):190-200.LISHL,ZHENGHY,WANGL.Applicationandpros-[5]单奇伟,高彩霞.植物基因组编辑及衍生技术最新研究进展pectofgeneeditingtechnologyincropbreeding[J].Bio-[J].遗传,2015,37(10):953-973.technologyBulletin,2020,36(11):209-221.SHANQW,GAOCX.Researchprogressofgenomeedi-[12]成妍,焦彦生,乔宁,等.应用CRISPR/Cas9体系对番tingandderivativetechnologiesinplants[J].Hereditas,茄PSY1基因的定点编辑[J].中国蔬菜,2018(11):32-38.2015,37(10):953-973.CHENGY,JIAOYSH,QIAON,etal.Targetingmodifi-[6]陈银华,李汉霞,叶志彪.不同结构的外源ACO基因导入番cationPSY1geneintomatousingCRISPR/Cas9system茄对乙烯生成速率的影响[J].园艺学报,2007,34(3):644-[J].ChinaVegetables,2018(11):32-38.648.[13]刘耀,熊莹喆,蔡镇泽,等.基因编辑技术的发展与挑战CHENYH,LIHX,YEZHB.Effectsofintroductionof[J].生物工程学报,2019,35(8):1401-1410.differentT-DNAstructuresofACOgenetotomatogenomeLIUY,XIONGYJ,CAIZHZ,etal.Developmentandonethyleneproductionrate[J].ActaHorticulturaeSinica,challengesofgeneeditingtechnology[J].ChineseJournal2007,34(3):644-648.ofBiotechnology,2019,35(8):1401-1410.[7]郑红艳,王磊.CRISPR/Cas基因编辑技术及其在作物育[14]蒲艳,刘超,李继洋等,番茄U6启动子的克隆及种中的应用[J].生物技术进展,2018,8(3):185-190.CRISPR/Cas9基因编辑体系的建立[J].中国农业科学,ZHENGHY,WANGL.TheCRISPR/Casgeneediting2018,51(2):315-326.technologyandapplicationincropbreeding[J].CurrentBi-PUY,LIUCH,LIJY,etal.DifferentSlU6promotersotechnology,2018,8(3):185-190.cloningandestablishmentofCRISPR/Cas9mediatedgene[8]叶志彪,李汉霞,刘勋甲,等.利用转基因技术育成耐贮藏番editingsystemintomato[J].ScientiaAgriculturaSini-茄一华番1号[J].中国蔬菜,1999(1):6-10.ca,2018,51(2):315-326.YEZHB,LIHX,LIUXJ,etal.Anewtransgenictomato[15]BROOKSC,NEKRASOVV,LIPPMANZB,etal.Effi-cultivar-BioscienbredwithantisenseEFEcDNA[J].ChinacientgeneeditingintomatointhefirstgenerationusingVegetables,1999(1):6-10.theclusteredregularlyinterspacedshortpalindromicre-[9]叶志彪,李汉霞.两个反义基因在番茄工程植株中的生理抑peats/CRISPR-associated9system[J].PlantPhysiolo-制效应分析[J].植物生理学报,1996,22(2):157-160.gy,2014,166:1292-1297.YEZHB,LIHX.Analysisoftwoantisensetransgenesin-[16]LIUL,FANXD.CRISPR-Cassystem:apowerfultoolhibitingexpressionoftheirendogenousgenesintransgenicforgenomeengineering[J].PlantMolecularBiology,tomatoes[J].ActaPhytophysiologicaSinica,1996,22(2):2014,85(3):209-218.157-160.[17]JACOBSTB,LAFAYETTEPR,SCHMITZRJ,etal.[10]鞠戎,田颖川,沈全光,等.番茄多聚半乳糖醛酸酶cD-TargetedgenomemodificationsinsoybeanwithCRISPR/NA的克隆及其对番茄中PG表达的反义抑制[J].生物工Cas9[J].BiologyMedCentralBiotechnology,2015,程学报,1994,10(2):96-102.15(1):16.JUR,TIANYCH,SHENQG,etal.Cloningofpolyga-[18]MALIP,YANGL,ESVELTKM,etal.RNA-guidedhu-lacturonase(PG)cDNAandinhibitioneffectsofitsanti-mangenomeengineeringviaCas9[J].Science,2013,senseRNAontheexpressionofPGgeneintransgenicto-339(6121):823-826.

8·298·西北农业学报32卷StudyonStorageToleranceofSite-directedMutationof‘Xinfan72’ProcessedTomatoZHANGXiying,LIUJiangna,LIRongxia,XUELiping,BAIYunfengandZHANGAiping(InstituteofAgriculturalSciencesoftheSixthDivisionofXinjiangProductionandConstructionCorps,WujiaquXinjiang831300,China)AbstractInordertoestablishcrisPR-Cas9geneeditingsystemfor‘Xinfan72’tomato,sgRNAwithhighspecificitywasscreenedoutfromtheupstreamcodingregionofSlACS2genebyscanningofthewholegenomesequenceoftomato.Site-directedmutationofSlACS2genewasusedtoinactivateSlACS2genebyusingCRISPR-Cas9system.EthyleneproductioninthesystemⅠwasnormallyex-pressedtoensurethenormalgrowthoftheplant,andethyleneproductioninsystemⅡwasmoder-atelyinhibited,whichresultedindelayoffruitover-ripeningandsoftening,improvementofstorageandtransportationperformance.TheresultsshowedthatsgRNA1-14locatedinthefirstexon132-154nthadthebestspecificity,higherGCcontentandhighercomprehensivescoreoftargetingspeci-ficity,andcouldbetheoptimalsgRNA.Exon2didnothavesuitablesgRNAtochoose.Atotalof394plantsweresequenced,and6t-DNA-freemutantswerescreenedout.Accordingtothesequencingresults,themutationtypesofdifferentplantsweredetermined,amongwhich357plantsweremuta-ted,withmutationrateof90.6%andhomozygousmutationrateof36.8%.Thistechniquehasshor-tercyclecomparedwithhybridbreeding,itsdirectivityisbetterthanmutagenesisbreedingandthesafetyishigherthanconventionalgeneticengineering,whichwillestablishanefficientandsafetech-nicalsystemforgeneticimprovementintomato.KeywordsTomato;Storagetolerance;Genetictransformation;GeneeditingReceived2021-05-24Returned2022-02-25FoundationitemTheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.31760571);ExcellentYoungScienceandTechnologyInnovationTalentProgramofXinjiangProductionandConstructionCorps(No.2021CB037).FirstauthorZHANGXiying,female,associateresearchfellow.Researcharea:molecularplantbreeding.E-mail:592354963@qq.comCorrespondingauthorLIUJiangna,female,associateresearchfellow.Researcharea:molecularplantbreeding.E-mail:284984737@qq.comZHANGAiping,female,researchfellow.Researcharea:molecularplantbreedingresearch.E-mail:379409419@qq.com(责任编辑:潘学燕Responsibleeditor:PANXueyan)

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