【JIPB】野生稻多基因同步编辑，为小麦/烟草/番茄/大豆等精准育种提供技术范例

通过多重基因组编辑改良野生稻的性状

一、研究背景

水稻是全球重要的粮食作物，其栽培种Oryza sativa是由野生稻O. rufipogon驯化而来。在驯化过程中，一些有利于人类种植的性状被选择保留，但同时也丢失了许多野生稻中具有的优良基因，如抗病性、抗逆性和营养丰富性。这导致遗传多样性下降，限制了水稻育种的进一步发展。近年来，基因组编辑技术（如CRISPR-Cas9）为作物改良和野生植物的“从头驯化”提供了新途径。

二、研究方法与思路

本研究选择两种野生稻材料W1681和W1807，构建了其参考基因组，并通过CRISPR-Cas9系统同时对7个与驯化和农艺性状相关的基因进行编辑：

目标基因：An-1, BH4, PROG1, SH4, Rc, Rd, GS3

编辑策略：采用tRNA-gRNA阵列构建多重编辑载体，通过农杆菌介导的稳定转化获得突变体

分析方法：基因组测序、转录组分析、表型观察、力学测试、木质素染色等

三、主要研究结果

（一）野生稻基因组特征与转化体系建立

筛选的W1681、W1807品系保留丰富抗病基因资源，且转化效率优异。

实验表明：与栽培稻日本晴相比，W1681和 W1807的抗病基因类似物数量显著高于日本晴，表明其保留了野生稻固有的抗逆抗病潜能；GFP 荧光验证显示 W1807 转化体系稳定，基因组共线性分析证实野生稻与栽培稻基因排布高度保守，为编辑靶点选择提供保障。

（二）四基因编辑突变体性状初步改良

编辑 An-1、BH4、PROG1、SH4 后，野生稻在生长姿态、芒长、颖壳颜色、落粒性上实现定向改良。

实验表明：75%以上的T0代转化株实现四基因同时突变，其中W1807有7个株系为四基因双等位突变；与野生型相比，四突变体生长更直立、芒变短、颖壳呈淡黄色、落粒性降低；转录组分析显示，突变体中类胡萝卜素合成、黄酮类生物合成等通路基因显著差异表达，如 OrPTAL、OrCYP75B1等基因下调表达，导致黄酮类物质积累减少，颖壳颜色变浅。

（三）七基因编辑突变体农艺性状全面优化

补充编辑 Rc/Rd、GS3 后，突变体实现多性状协同改良，接近栽培稻优良表型。

实验表明：

分蘖角度：七突变体分蘖更直立，分蘖角度较野生型减少30°，降低倒伏风险；

种子性状：果皮变为白色、芒长显著缩短（W1681七突变体缩短2.7cm，W1807七突变体缩短4cm），粒长和千粒重较四突变体部分恢复；

落粒性：OrSH4编辑导致种子脱落层结构不完整，落粒率显著降低，断裂拉伸强度下降缓慢，木质素含量高于野生型；

茎秆颜色：七突变体茎秆为绿色（野生型为紫红色），与Rc/Rd调控花青素合成相关。

四、研究意义

本研究通过多重基因组编辑技术，在野生稻中快速聚合了多个优良农艺性状，实现了“快速驯化”。这为水稻育种提供了新的种质资源，也为其他作物的基因编辑改良提供了可行思路。

关于我们

作为一家专业的植物遗传转化公司，吉农基因可以提供大豆、番茄、小麦、玉米、烟草等多种作物的基因编辑全流程服务，包括：

• 基因编辑载体设计与构建
• 遗传转化与突变体筛选
• 分子验证与编辑苗鉴定等

如果您正在进行作物改良、功能基因验证或种质创新研究，欢迎联系我们，我们将为您提供专业、高效的植物基因编辑解决方案！