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CRISPR基因编辑创造永不凋谢的牵牛花只需敲除ACO1基因《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:47:58 阅读: 来源:棉胎厂家

06-24

牵牛花是重要的园艺植物,由于能不停的长出新的花朵,其花期极长。但是由于牵牛花对乙烯敏感,对于每一朵花而言,在花朵开放的后期,随着乙烯的产生,开放的花朵会迅速衰老凋谢。延长牵牛花每一朵花的寿命,使牵牛花的鲜花时刻挂满枝头是种花人梦想与追求。2019年6月21日,植物领域著名学术期刊 Plant Biotechnology Journal 在线发表了来自于韩国庆北大学和江源大学合作的题为:CRISPR/Cas9-mediated editing of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase1 (ACO1) enhances Petunia flower longevity 的研究论文。该研究通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑方法敲除乙烯合成关键基因ACO1,显著延长了牵牛花的寿命。

花朵的凋谢和乙烯的含量有着千丝万缕的联系。在本项研究中,研究人员首先分析了矮牵牛品种“幻想玫瑰”从花芽生长到花朵盛开的7个时期中乙烯合成关键酶ACO家族的表达变化,在这7个时期中ACO1/3/4均呈现出表达量逐步升高的趋势,这与花朵中乙烯含量的升高高度吻合。

其中ACO1的表达量远远高于其同源基因ACO3和ACO4,因此作者选取了ACO1作为目标研究对象,通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑方法,对ACO1进行了敲除突变。

首先,作者设计了两条sgRNA1/2,通过PEG转化的方法将Cas9-sgRNA核酸蛋白复合体进行原生质体转化并测序分析,选取了编辑效率更高的sgRNA1并构建载体,通过农杆菌介导的转化法转化牵牛花叶盘,同时转化空载体作为对照。对最终获得的127株转基因再生T0植株ACO1靶标区域测序表明,共31.5%的植株发生突变。在突变的植株中,纯合突变,杂合突变和嵌合突变分别占2.5%,15%,82.5%。对ACO1同源基因ACO3/4的sgRNA1标靶同源区域进行测序没有发现脱靶现象。

尽管sgRNA靶向的是外显子区域,但绝大部分突变植株ACO1的表达量也出现了显著下调。表型分析表明,不同的代表性T0突变植株均表现出乙烯含量的显著降低和花朵寿命的显著延长,同时这一表型能够稳定遗传给T1后代而不改变植株的营养生长和花器官的形态。这一研究表明CRISPR/Cas9可以作为有效的工具用于园艺植物的定向改良。

关于CRISPR/Cas9基因编辑

CRISPR/Cas9系统由Cas9 核酸酶和单链引导RNA(sgRNA)组成,已经被改造成一个高效的基因编辑工具,能显著地提高编辑基因组的能力。sgRNA引导Cas9到达特定的基因组区域,剪切形成双链DNA缺口,该缺口可以通过两种方法修复——非同源染色体末端连接修复或同源重组修复。CRIS

PR/Cas9基因编辑技术已经应用于生产精确基因突变、重组和染色体片段敲除的细胞或动物。而研究者提出CRISPR/Cas9基因编辑技术是否可以用于整条染色体的消除,进而对建立染色体缺失的动物模型以及非整倍体疾病的治疗提供新的途径。

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