作为男性父母,事件E1,E2和E5的相对种子集效率分别为37.89%,61.82%和83.76%(表1和补充图。9)。这些发现进一步表明,Accenh3的敲低影响了种子集。差异种子集可能是在相互交叉中观察到的转基因偏置隔离变形的原因之一。我们的观察结果
杂交品种因其高产量、一致性和其他理想性状而在许多作物物种中很有价值。双单倍体具有两组相同的染色体,对于杂交育种很有价值,因为它们可以在一代内产生,而通常用于生产杂交亲本的近交系需要多代过程。生产单倍体植物的一种方法是操纵着丝粒组蛋白 H3 (CENH3)。到目前为止,这种生产单倍体的方法已在拟南芥、玉米 (Zea mays) 和小麦 (Triticum aestivum) 中成功实现。本文我们描述了胡萝卜 (Daucus carot a) 中 CENH3 的修饰,以测试这些修饰诱导单亲基因组消除的能力,这是单倍体诱导的基础。使用碱基编辑来制作 cenh3 突变植物,其中 CENH3 编码组蛋白折叠结构域的区域具有氨基酸替换。然后将这些 cenh3 突变植物与 CENH3 野生型植物进行杂交。使用基于 PCR 的基因分型检测,我们确定了两个基因组消除候选物。一个候选物被归类为假定的非整倍体植物,其中 7 号染色体处于单拷贝状态。另一个候选物被描述为假定的四倍体,其在发生过程中可能为单倍体。我们的结果表明,这个假定的四倍体从 CENH3 野生型亲本继承了所有染色体,并且 cenh3 突变植物的基因组丢失了。这项研究提供了证据,表明胡萝卜中 CENH3 的修饰有可能诱导胡萝卜的基因组消除和倍性变化。
单倍体的产生是加速植物育种过程的最有效手段之一。在大多数作物物种中,有效的单倍体技术尚未出现或仅适用于有限的一组基因型。最近发表的关于拟南芥和玉米、小麦等主要谷类作物通过 CRISPR/Cas9 介导的着丝粒组蛋白 H3 基因 (CENH3) 编辑成功诱导单倍体的研究结果表明,这种生产单倍体植物的新方法也可能适用于胡萝卜等蔬菜物种。在这里,我们报告并总结了过去几年专注于基于 CRISPR/Cas9 编辑胡萝卜 CENH3 基因的不同实验和遗传方法。我们还描述了在胡萝卜基因组中发现的第二个 CENH3 基因位点,这使生成和分析假定的单倍体诱导基因型的尝试变得复杂。我们表明,三种不同的 CRISPR/Cas9 靶构建体(单独使用或组合使用)可以成功靶向胡萝卜 CENH3。已经发现了有希望的突变体,例如同框插入/缺失或同框删除突变体,但它们是否能成功用作假定的单倍体诱导物尚不确定。跨越 CRISPR 靶位点的扩增子的下一代测序和基于转录本的扩增子测序似乎是选择有希望的突变体、估计突变频率和首次预测涉及哪个基因的合适方法。本研究的另一个目的是用外来 CENH3 基因同时敲除和补充内源胡萝卜 CENH3 基因。利用根瘤菌将基于 CRISPR/Cas9 的胡萝卜 CENH3 敲除构建体与从人参 (Panax ginseng) 克隆的 CENH3 基因共转化。结果表明,人参 CENH3 蛋白在胡萝卜染色体的着丝粒区域内积累,表明 PgCENH3 可能是这种方法的合适候选者。然而,目前尚不清楚该基因是否在减数分裂细胞分裂过程中充分发挥作用并能够补充致死配子。本文讨论了开发基于 CENH3 的胡萝卜 HI 系统的挑战和未来前景。
对于四倍体柳枝稷,我们将单倍体定义为两个亚基因组的基因组拷贝丢失。双单倍体技术需要有效的 2n 诱导系统以及随后的基因组加倍,并将提供新的育种机会,例如为商业杂交生产系统选择高性能自交系。不同柳枝稷亚种群的杂合亲本之间的杂交可产生生物量产量的杂种优势(Bhandari 等人,2017 年;Martinez-Reyna 和 Vogel,2008 年;Vogel 和 Mitchell,2008 年)。然而,由于柳枝稷中活跃的遗传不相容系统以及在获得的相对较少的自交基因型中可能发生的近交衰退和不育,自交系尚未开发。如果有更好的自交系,开发高产单交杂交种将是一种可选的育种方法。由于自交系的性能通常与其杂交种的性能相关,因此选择高产自交系可能具有优势(Hayes & Johnson,1939;Sprague,1977)。此外,DH 技术将促进所需性状、外来基因、转基因、染色体片段或整个染色体的渗入和稳定(Devaux & Pickering,2005;Forster & Thomas,2005)。
