科學(xué)家利用基因編輯技術(shù)，提高小麥應(yīng)對(duì)氣候威脅的能力

約翰英納斯中心（John Innes Centre）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)對(duì)種子生產(chǎn)有深遠(yuǎn)影響的基因。基因編輯技術(shù)有助于識(shí)別和解釋小麥中的關(guān)鍵基因ZIP4，它負(fù)責(zé)維持這種全球作物50%的產(chǎn)量。

這一發(fā)現(xiàn)，為利用該基因的新型突變體培育高產(chǎn)的精英小麥品種，提供了一個(gè)嶄新機(jī)會(huì)，同時(shí)也有望引入至關(guān)重要的特性，如耐熱性和抗病性。

研究小組利用小麥研究技術(shù)的最新發(fā)展來解釋60多年來一直困擾著科學(xué)家的遺傳要素。

研究描述了一個(gè)基因ZIP4及其表型的鑒定。研究人員表示，現(xiàn)在可以致力于確定該基因的變體，這些變體可以使小麥產(chǎn)量對(duì)氣候變化產(chǎn)生彈性的作用。開發(fā)能抵御氣候變化的小麥將有助于確保25億人所依賴的作物產(chǎn)量。

許多植物物種，包括大多數(shù)開花植物都是多倍體，這意味著它們有多個(gè)基因組。多倍體小麥的基因組，是由大約1萬年前中東地區(qū)的野生草類雜交受精而演變而來的。在這個(gè)被稱為多倍體化的過程中，生育能力通過一些機(jī)制得以保存，這些機(jī)制在減數(shù)分裂過程中控制這些多基因組的行為，即細(xì)胞內(nèi)的有性繁殖階段。

在小麥多倍體化過程中，主要的減數(shù)分裂基因ZIP4從3號(hào)染色體復(fù)制到5B染色體。

研究人員使用CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)創(chuàng)造了一種突變體植物，其中ZIP4 5B基因被刪除，導(dǎo)致其兩種功能的喪失（即促進(jìn)染色體的忠實(shí)配對(duì)、以及抑制相關(guān)染色體之間的交叉感染的功能）。這種突變產(chǎn)生的谷物減少了50%，證實(shí)了ZIP4 5B在小麥生育中的關(guān)鍵作用。

接下來，研究人員產(chǎn)生了一種新“功能分離”的ZIP4 5B突變體植物，它失去了抑制雜交的表型，但仍保留了促進(jìn)正確配對(duì)的能力。研究發(fā)現(xiàn)，分離功能的ZIP4 5B突變體小麥，可以“促進(jìn)正確配對(duì)”表型，保持了染色體的穩(wěn)定性和谷物數(shù)量的保存。在保留其他功能的情況下，失去交叉抑制的表型并沒有降低小麥的生育能力。

研究表明，現(xiàn)在應(yīng)該將新的突變體用于小麥育種，以保持產(chǎn)量，并且由于它沒有抑制功能，可以增加將理想的野生近緣染色體片段成功引入小麥的機(jī)會(huì)。研究中描述的功能突變體的分離，將導(dǎo)致育種中更成功的引入。

題為A separation-of-function ZIP4 wheat mutant allows crossover between related chromosomes and is meiotically stable的相關(guān)研究論文發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上。

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論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41598-021-01379-z

標(biāo)簽： 基因編輯 小麥