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《Molecular Horticulture》:A native visual screening reporter-assisted CRISPR/Cas9 system for high-efficient genome editing in strawberry
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月04日 来源:Molecular Horticulture 10
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为解决草莓等复杂基因组作物中CRISPR/Cas9编辑效率低、外源报告基因(如GFP/GUS)干扰再生等问题,中国农业科学院等团队开发了基于内源MYB10基因的可视化筛选系统(NVSR)。该研究通过筛选草莓组织特异性启动子驱动FveMYB10表达,实现转基因事件的肉眼快速鉴定,编辑效率达73%-100%,且无脱靶效应。相关成果发表于《Molecular Horticulture》,为果树基因功能研究和种质创新提供了高效、低成本的解决方案。
研究背景与意义
草莓作为典型的高附加值浆果,其遗传改良常受限于复杂基因组和漫长育种周期。传统CRISPR/Cas9系统依赖外源报告基因(如GFP)筛选转基因事件,但这类基因可能抑制组织再生或需后续繁琐剔除。更棘手的是,草莓等杂合度高的作物中,外源片段分离往往需要多代回交。如何实现高效、无痕的基因组编辑?中国农业科学院与北京大学现代农业研究院的联合团队将目光投向草莓自身丰富的色素合成通路。
关键技术方法
研究团队以二倍体森林草莓(Fragaria vesca)为模型,通过RNA-seq筛选出3个候选组织特异性启动子(Pro1/Pro2/Pro4),驱动内源花青素调控因子FveMYB10表达构建NVSR系统。采用农杆菌介导转化,结合Sanger测序验证编辑效率,通过qRT-PCR和GUS染色评估启动子活性,并测定花青素含量评估系统安全性。
研究结果
内源报告基因的筛选与优化
? 在FveMYB10、FveRAP和FveRAP-L2三个候选基因中,仅FveMYB10过表达能在愈伤组织诱导红色表型(图1B)。
? 通过RNA-seq数据筛选的Pro1/Pro2/Pro4启动子在愈伤组织特异性激活GUS报告基因(图1F),其中Pro2在后期植株中仍保持活性。
NVSR-CRISPR系统构建
? 将AtUBQ:Cas9与Pro1/Pro4:FveMYB10串联构建JH27/JH29载体,红色表型仅在早期愈伤组织出现,后期自然消退(图1H-J)。
? 以PDS基因为靶点,红色愈伤组织中Cas9阳性率达97%,非红色愈伤组织仅36%(图1L)。
编辑效率与安全性验证
? sgRNA1/sgRNA2的编辑效率分别为100%/73.3%,与常规CRISPR效率相当(图S6)。
? Pro1/Pro4驱动的系统对花青素积累影响微弱,而Pro2驱动导致全株红色但无发育缺陷(图S9)。
结论与展望
该研究首创的NVSR系统具有三大突破:一是利用内源元件实现"无外源残留"筛选,避免后续分离步骤;二是通过组织特异性启动子实现"阶段可控"可视化,早期筛选后表型自动消退;三是编辑效率达73%-100%且无脱靶效应。在树莓中的初步应用(图S11)表明该策略可能适用于其他蔷薇科作物。未来可通过优化启动子组合或引入温度敏感元件,进一步拓展其在多倍体栽培草莓中的应用潜力。