CRISPR/Cas9技术介导的OsERF94基因突变可增强水稻的采前发芽现象

《Rice》：CRISPR/Cas9-Mediated Mutagenesis of OsERF94 Enhances Pre-Harvest Sprouting in Rice

　　

摘要

在潮湿条件下，作物种子在收获前于穗上发芽的现象——即收获前发芽，是包括水稻在内的谷物生产中一个严重的全球性问题。通过对先前发现的4号染色体位点进行精细定位，OsERF94被确定为功能验证的候选基因。在本研究中，我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术探究了OsERF94在收获前发芽中的作用。CRISPR/Cas9介导的OsERF94突变导致了移码突变，使得1-I-ET和2-D-ET品系中的OsERF94丧失功能。与野生型相比，1-I-ET和2-D-ET品系在收获前发芽条件下的发芽率显著更高，这表明它们更容易发生收获前发芽现象。全基因组重测序结果显示，这两个编辑后的品系在非目标位点上几乎没有突变，从而证明了CRISPR/Cas9基因编辑技术的精确性。转录组分析发现，OsERF94突变品系中多个与赤霉素相关的基因表达模式发生了变化，包括OsLOL1、OsKO3、OsGA3ox2和OsGA2ox5。在两个OsERF94突变品系中，赤霉素生物合成基因的表达上升，而赤霉素降解基因的表达下降，这表明在收获前发芽的早期阶段，赤霉素代谢可能发生了变化。利用单荧光素酶系统的瞬时荧光素酶报告基因实验表明，OsERF94可能与多个赤霉素相关基因以及乙烯相关基因的启动子活性变化有关。这些发现表明，OsERF94可能通过调节赤霉素相关途径和乙烯相关途径来参与收获前发芽的调控。总体而言，本研究加深了我们对OsERF94在收获前发芽过程中分子作用机制的理解，同时也凸显了其作为水稻育种 program中提高抗收获前发芽能力目标的潜力。