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利用CRISPRCas9技术敲除小麦天冬 [复制链接]

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丙烯酰胺是面粉制成品在高温加工过程(如烘焙)中形成的致癌物,由游离天冬酰胺和还原糖形成。因此去除小麦中的游离天冬酰胺对于提高面粉加工品质具有重要作用。最近,英国洛桑研究所研究人员利用CRISPR/Cas9技术敲除了小麦品种中的天冬酰胺合成酶基因TaASN2,成功降低了小麦中游离天冬酰胺的含量。

小麦中有5个天冬酰胺合成酶基因——TaASN1、TaASN2、TaASN3.1、TaASN3.2和TaASN4,尽管一些品种中B基因组上缺少TaASN2基因,其中TaASN2是在种子中特异性表达,且在胚中表达最高。研究人员利用基因枪将Cas9表达盒以及特异性针对TaASN2基因的4个gRNA多顺反子序列导入小麦幼胚,获得14株T0转化植株,其中有11株所获得的T1代株系成功得到编辑,大多数的编辑类型都是碱基缺失(最多缺失个碱基对),但也有一些单碱基的插入和替换。6个TaASN2等位基因全部成功编辑的植株籽粒中游离天冬酰胺的浓度比未编辑植株显著降低,其中最大的降低幅度达到90%以上。如果仅是A基因组等位基因成功编辑,植株籽粒中游离天冬酰胺浓度也会有小幅下降。而编辑品系的游离谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸含量均有一定程度提高。此外,低天冬酰胺含量会降低种子的发芽率,但是该问题可通过外施天冬酰胺来克服。

PlantBiotechnologyJournal,26February

Wheatwithgreatlyreducedaccumulationoffreeasparagineinthegrain,producedbyCRISPR/Cas9editingofasparaginesynthetasegeneTaASN2

Author

SarahRaffan,CarolineSparks,AlisonHuttly,LucyHyde,DamianoMartignago,AndrewMead,StevenJ.Hanley,PaulA.Wilkinson,GaryBarker,KeithJ.Edwards,TanyaY.Curtis,SarahUsher,OndrejKosik,NigelG.Halford

DepartmentofPlantSciences,RothamstedResearch,UnitedKingdom

Abstract

Freeasparagineistheprecursorforacrylamide,whichformsduringthebaking,toastingandhigh‐temperatureprocessingoffoodsmadefromwheat.Inthisstudy,CRISPR/Cas9wasusedtoknockouttheasparaginesynthetasegene,TaASN2,ofwheat(Triticumaestivum)cv.Cadenza.A4‐gRNApolycistronicgenewasintroducedintowheatembryosbyparticlebombardmentandplantswereregenerated.T1plantsderivedfrom11of14T0plantswereshowntocarryedits.Mosteditsweredeletions(uptobasepairs),buttherewerealsosomesinglebasepairinsertionsandsubstitutions.EditingcontinuedbeyondtheT1generation.FreeasparagineconcentrationsinthegrainofplantscarryingeditsinallsixTaASN2alleles(bothallelesineachgenome)weresubstantiallyreduced

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