多重CRISPR/Cas12a编辑ROC5、GS3、GW2和LARGE2基因揭示了其对水稻品种Kasalath产量相关性状的影响

《Transgenic Research》：Multiplex CRISPR/Cas12a editing of ROC5, GS3, GW2, and LARGE2 reveals effects on yield-related traits in rice cultivar Kasalath

　　水稻产量的可持续提升需要对多个农艺性状进行协同改良，然而多基因基因组编辑的农艺效果仍然难以预测。本研究中，我们利用CRISPR/Cas12a介导的多基因编辑技术，针对籼稻品种Kasalath中的六个产量相关基因（Gn1a、TAD1、ROC5、GS3、GW2和LARGE2）进行了编辑，仅使用单一农杆菌递送的构建体即完成。对28株T₀代植株进行Sanger测序后，检测到Gn1a（3.57%）、ROC5（7.14%）、GS3（35.71%）和GW2（10.71%）存在编辑，而TAD1和LARGE2未检测到T₀代编辑。我们获得了单基因、双基因和三基因编辑体，并建立了四个单突变、两个双突变和两个三突变的纯合系。分子分析表明，所获得的GW2等位基因位于内含子区，未改变GW2的编码序列。对13项农艺性状进行的表型评估表明，等位基因类型和基因位点组合——而非简单的加性效应——决定了农艺效果。gs3-13d移码等位基因产生了强烈的多效性效应，包括分蘖数增加和穗数增加，但粒长和产量降低。roc5-7d gw2-8d gs3-3i三突变体在叶片结构发生改变的情况下维持了野生型水平的产量表现，而gw2-8d gs3-3i large2-10d则表现出粒宽增加、粒厚增加和千粒重增加，但株高、分蘖数、结实率、单穗产量和单株产量均严重下降。这些结果证明了CRISPR/Cas12a多基因编辑在Kasalath中的可行性，并强调了等位基因设计、基因位点组合以及源-汇平衡在针对产量性状的多基因基因组编辑中的重要性。