采用人工光照的植物工厂比露天种植受作物栽培环境因素的影响更小,作为解决世界粮食问题的解决方案之一而受到关注。然而,植物工厂的栽培成本高于露天种植,目前,工厂化种植的有利可图的作物品种仅限于那些体型较小或生长期较短的品种。番茄是世界各地主要消费作物之一,但由于其株高和株宽较大,尚不适合在植物工厂中大规模生产。本研究利用 CRISPR–Cas9 方法对 GABA 超积累番茄品种#87-17 的 DWARF( D ) 和 SELF-PRUNING( SP ) 基因进行基因组编辑,以生产矮化番茄植株。在 T 1 基因组编辑代中获得了所需性状,果实性状与原始品种几乎相同。另一方面,含有 d 和 sp 突变的 #87-17 与 Micro-Tom 之间的 F 2 杂交品种矮化,但果实表型是两个品种性状的混合。这表明使用 CRISPR–Cas9 对这两个基因进行基因组编辑可以有效地赋予适合植物工厂化栽培的性状,同时保留原始品种的有用性状。
摘要 绿色革命基于赤霉素 (GA) 激素系统的遗传改造,通过“矮化”基因突变降低 GA 信号,使植物矮化,从而使植物适应现代农业条件。矮化的强 GA 相关突变体往往胚芽鞘长度缩短,由于干旱条件下幼苗出苗效果不佳,导致产量降低。这里我们提出赤霉素 (GA) 3-氧化酶 1 (GA3ox1) 作为大麦的另一种半矮化基因,它既能最佳地降低植物高度,又不限制胚芽鞘和幼苗的生长。通过对大量大麦种质进行大规模田间试验,我们发现天然的 GA3ox1 单倍型可适度降低植物高度 5 – 10 厘米。我们使用 CRISPR/Cas9 技术,生成了几个新的 GA3ox1 突变体并验证了 GA3ox1 的功能。我们发现,改变 GA3ox1 活性会改变活性 GA 异构体的水平,从而使胚芽鞘长度平均增加 8.2 毫米,这可以为在气候变化下保持产量提供必要的适应性。我们发现 CRISPR/Cas9 诱导的 GA3ox1 突变将种子休眠期增加到理想水平,这可能有利于麦芽行业。我们得出结论,选择 HvGA3ox1 等位基因为开发具有最佳身高、更长胚芽鞘和额外农艺性状的大麦品种提供了新的机会。