利用CRISPR/Cas9技术敲除转运蛋白基因降低油菜种子硫代葡萄糖苷含量的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901504
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1306.作物种质资源学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Glucosinolates function as main defense chemicals for Brassica crops to defend against herbivores and pathogens. However, the existence of glucosinolates in oilseeds limits the application of rapeseed meal as feedstuff. With the rapid development of China's rapeseed industry, the planting area of double-low (low erucic acid and low glucosinolate content in seed) rapeseed (Brassica napus L.) varieties has expanded rapidly. However, the plants are more sensitive to herbivores and diseases with the lower content of glucosinolates in these cultivars. GTR1 and GTR2 are glucosinolate-specific transporters, determine the accumulation of glucosinolates in Arabidopsis seeds. The gtr1 gtr2 double mutant do not accumulate glucosinolates in seeds. Therefore, using the B. napus cultivars with strong disease resistance and high seed glucosinolate content as transformation receptors, we aim to knock out the glucosinolate transporter genes BnGTR1 and BnGTR2. First, in order to obtain homozygous mutants in the early generation, we aim to improve the mutagenesis efficiency of CRISPR/Cas9 system by using endogenous promoter of B. napus with higher transcriptional activity during genetic transformation to drive the expression of Cas9 gene. Then, knock out multiple copies of BnGTR1 and BnGTR2 genes by updated CRISPR/Cas9 system to verify the effect of GTR1 and GTR2 on plant disease resistance and seed glucosinolates accumulation and creating new B. napus germplasm with low glucosinolates in seed and high glucosinolates in vegetative organ. The study will provide the important theory basis for the creation of elite rapeseed germplasm.
硫代葡萄糖苷(硫苷)是一种对抗病虫害的防御物质,但其在油菜种子中的积累会降低菜籽饼粕的饲用价值。随着我国甘蓝型油菜产业的“双低”(低硫苷、低芥酸)化,油菜营养体中硫苷含量伴随着菜籽硫苷含量的下降也大幅降低,导致油菜的抗病虫性也显著降低。研究表明拟南芥种子中硫苷的积累是由硫苷转运蛋白GTR1和GTR2将其从营养体中运入引起的,敲除GTR1和GTR2基因会阻断这一过程。本项目以抗病性强但种子硫苷含量高的甘蓝型油菜品种为材料,敲除其硫苷转运蛋白,首先通过筛选更高效的Cas9启动子来提高CRISPR/Cas9系统的突变效率,实现在转基因早期世代得到纯合突变体;然后对甘蓝型油菜BnGTR1和BnGTR2基因进行多重敲除,验证GTR1和GTR2功能缺失对植株抗病性和种子硫苷积累的影响。创建营养体高硫苷、种子低硫苷性状的油菜新种质,从而实现兼顾高抗性和品质改良,为甘蓝型油菜优质种质资源创建提供理论依据。

结项摘要

硫代葡萄糖苷(硫苷)是一种对抗病虫害的防御物质,但其在油菜种子中的积累会降低菜籽饼粕的饲用价值。随着我国甘蓝型油菜产业的“双低”(低硫苷、低芥酸)化,油菜营养体中硫苷含量伴随着油菜籽硫苷含量的下降也大幅降低,导致油菜的抗病虫性也显著降低。研究表明拟南芥种子中硫苷的积累是由硫苷转运蛋白GTR1和GTR2将其从营养体中运入引起的,敲除GTR1和GTR2基因会阻断这一过程。本项目首先筛选甘蓝型油菜中转录活性强的启动子用于驱动Cas9基因的表达,提高CRISPR/Cas9系统介导的多重突变效率,然后对高种子硫苷品种或品系进行遗传转化,最后对甘蓝型油菜的硫苷转运蛋白BnGTR1和BnGTR2基因进行多重敲除,验证在GTR1和GTR2蛋白功能缺失后种子营养品质的变化,解析甘蓝型油菜GTR1和GTR2转运蛋白在种子发育时期硫苷积累中的功能。..首先,本项目选择了5种高硫苷甘蓝型油菜品种/品系,最终选择再生苗分化率为49.68%和64.42%的两种材料作为转化的遗传背景。..随后,本项目筛选了11个在遗传转化过程中表达水平较高的候选基因,结合其在甘蓝型油菜下胚轴、叶片、根等部分的表达水平进行分析后选择MT2-22基因的启动子用于CRISPR/Cas9系统改造。表达水平检测发现,新启动子驱动Cas9的表达水平远远高于35S驱动下的表达,说明改造后的CRISPR/Cas9系统显著提高了Cas9的表达水平,可能对CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑效率有较大提高。..第三,甘蓝型油菜中GTR1和GTR2基因各有3个在种皮中表达水平相对较高的拷贝被选为候选敲除基因。本项目各设计了4个靶位点用于CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑,构建了多重突变载体并进行遗传转化,最后获得了共计47棵转基因阳性苗。对其进行基因编辑检测发现各靶位点的基因编辑效率从3.3%-42.8%不等。. 最后,对BnaGTR1和BnaGTR2基因敲除株系进行种子硫苷含量检测发现,2个基因同时敲除后种子总硫苷含量显著降低,实现了油菜种质资源的改良。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
WRKY转录因子在植物抗逆反应中的功能研究进展
  • DOI:
    10.13271/j.mpb.018.007413
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    分子植物育种
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴雨捷;吴健;王幼平;孙勤富
  • 通讯作者:
    孙勤富
Genome-wide analysis of the G-box regulating factors protein family reveals its roles in response to Sclerotinia sclerotiorum infection in rapeseed (Brassica napus L.).
G-box 调节因子蛋白家族的全基因组分析揭示了其在油菜核盘菌感染中的作用(Brassica napus L.)
  • DOI:
    10.3389/fpls.2022.986635
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
  • 通讯作者:

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其他文献

植物油脂合成的转录调控研究进展
  • DOI:
    10.13271/j.mpb.014.002509
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    分子植物育种
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李玉兰;孙勤富;王幼平
  • 通讯作者:
    王幼平

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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