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World File Search System糯玉米
利用 CRISPR–Cas9 基因改造的糯玉米具有优越的田间性能
我们通过 CRISPR–Cas9 编辑 12 个优良玉米自交系中的蜡质等位基因，创造了蜡质玉米杂交种，这一过程比使用回交和标记辅助选择的传统性状基因渗入快了一年多。在 25 个地点进行的田间试验表明，CRISPR-蜡质杂交种在农艺上优于基因渗入杂交种，平均每英亩产量高出 5.5 蒲式耳。玉米蜡质基因 (Wx，也称为 Wx1) 编码一种颗粒结合的 NDP-葡萄糖-淀粉葡萄糖基转移酶，该酶负责延长直链淀粉中葡萄糖聚合物的线性链 1。野生型 (WT) 种子淀粉由~25% 直链淀粉和~75% 支链淀粉组成，而功能丧失的 wx 突变种子淀粉则由~100% 的支链淀粉组成，这使胚乳具有像蜡烛一样暗淡而光滑的外观 2 ，因此得名“糯玉米”。糯玉米淀粉用于造纸和粘合剂工业，并在食品工业中用作稳定剂和增稠剂 3 。美国每年在约 500,000 英亩的土地上生产约 8000 万蒲式耳糯玉米。有~200 个 wx 突变等位基因是自发产生的，通过随机诱变产生的，或通过非优良品系中的 CRISPR-Cas 靶向诱变产生的 4,5 。其中，wx-C 等位基因是现代商业糯玉米杂交种中使用最广泛的 wx 供体。商业化糯玉米杂交种是通过将 wx 突变基因渗入优良自交系而开发的。基因渗入通常需要与轮回亲本回交六到七代并自交才能获得用于商业化杂交生产的自交系。糯玉米杂交种的产量比对应的非糯玉米杂交种低约 5% 3 。产量降低的原因尚不清楚；可能是由于性状基因渗入造成的连锁累赘或 wx 突变导致的淀粉性质改变。使用 CRISPR-Cas9 进行基因组编辑和改进的转化技术 6 – 9 有可能缩短糯玉米杂交种的上市时间并消除回交过程中出现的连锁累赘。我们报道了使用 CRISPR-Cas9 和形态发生基因直接在 12 个优良玉米自交系中产生糯玉米缺失等位基因并进行多点产量测试的情况，所有这些过程耗时三年，这比基因渗入方法快得多。使用图 1a 中概述的策略，在优良自交系中生成了两个蜡质缺失等位基因，即 4 千碱基 (kb) 和 6 kb 缺失。为了在自交系 PH184C 中生成 4 kb 缺失系，将编码基因组编辑试剂 (指导对 CR1/CR3 和 Cas9；补充图 1) 的 DNA 引入未成熟胚胎中
利用 CRISPR–Cas9 对玉米进行单基因和多基因敲除
玉米具有双重作用，既是主要作物品种，又是遗传学中的模式物种。经过基因组编辑的糯玉米的特点是改性淀粉完全由支链淀粉组成，这是首批使用 CRISPR-Cas9 技术编辑的作物之一，获得了美国农业部批准种植和销售而无需进行转基因监督 (Waltz 2016)。这个例子说明了人们对 CRISPR-Cas9 技术在应用和基础研究中的潜力有着浓厚的兴趣。几十年来，淀粉行业一直很欣赏糯玉米，因为没有直链淀粉可以使淀粉更易于加工。虽然糯性状并不新颖，但 CRISPR-Cas9 技术可以在一到两代内直接在优良品系中产生糯性缺失，从而避免了传统基因渗入过程中耗时的回交和遗传拖累 (Cigan 等人 2017)。