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通过 CRISPR/Cas9 对 GS3 进行基因编辑,加速培育产量和品质优异的三系杂交水稻
Molecular Breeding ( IF 2.6 ) Pub Date : 2022-04-08 , DOI: 10.1007/s11032-022-01290-z Juan Huang 1 , Lijun Gao 1, 2 , Shuming Luo 3 , Kaiqiang Liu 4 , Dongjin Qing 5 , Yinghua Pan 5 , Gaoxing Dai 4 , Guofu Deng 4 , Changlan Zhu 1
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更新日期:2022-04-08
Molecular Breeding ( IF 2.6 ) Pub Date : 2022-04-08 , DOI: 10.1007/s11032-022-01290-z Juan Huang 1 , Lijun Gao 1, 2 , Shuming Luo 3 , Kaiqiang Liu 4 , Dongjin Qing 5 , Yinghua Pan 5 , Gaoxing Dai 4 , Guofu Deng 4 , Changlan Zhu 1
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籽粒大小是决定水稻产量和品质的主要性状之一。GS3基因是第一个在调节水稻籽粒长度和重量方面被鉴定的主要数量性状基因座(QTL)。据报道,GS3蛋白的器官大小调节 (OSR) 结构域发生突变的gs3等位基因可以产生更长的籽粒。在本研究中,我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将编辑后的gs3等位基因引入我们的籼稻保持系Mei1B中,以提高其籽粒产量和品质。通过分子分析和测序,在T 1代获得了无任何转基因的同源编辑gs3突变株系,命名为Mei2B。优良雄性不育系Mei2A是通过细胞质雄性不育(CMS)系Mei1A与Mei2B回交产生的。与野生型Mei1B相比,Mei2B具有更高的籽粒品质和产量。籽粒长度增加7.9%,长宽比由3.89增加到4.19,TGW增加6.7%,单株产量增加14.9%。此外,糙米长度(6.83毫米)、糙米粒长宽比(3.61)等其他品质性状的遗传改良均符合传统丝苗型品种的外观标准。两个恢复系与 Mei1A 和 Mei2A 异型杂交产生杂交水稻。与Mei1A的两个杂交种相比,Mei2A的杂交种籽粒更长,长宽比、TGW和单株产量更高。此外,与Mei1A杂交种相比,Mei2A杂交种表现出更好的籽粒外观,包括更好的半透明度、更低的垩白率和垩白度。这些结果表明,通过 CRISPR/Cas9 基因编辑技术将精英gs3等位基因引入 Mei1A 可以显着改善水稻籽粒的遗传改良。所得的不育系Mei2A( gs3 )比原始的Mei1A表现出更高的籽粒品质和产量。因此,我们的研究表明,通过基因编辑技术进行定向遗传改良可以增强水稻育种,特别是三系杂交水稻的育种。
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