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近日，河南省農(nóng)業(yè)科學院/神農(nóng)種業(yè)實驗室張新友院士團隊突破花生遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)瓶頸，利用CRISPR/Cas9單堿基編輯技術(shù)率先實現(xiàn)了對花生基因的單堿基替換，創(chuàng)制出抗苯磺隆除草劑的花生新種質(zhì)，這也是國際上首次關于利用該技術(shù)創(chuàng)制花生新種質(zhì)的報道，為花生種質(zhì)資源精準創(chuàng)新提供了新的途徑。該項研究成果以“Creation of herbicide-resistance in allotetraploid peanut using CRISPR/Cas9-meditated cytosine base-editing”為題在國際知名學術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal（《植物生物技術(shù)》，中科院一區(qū)TOP期刊，影響因子13.8）上發(fā)表。

據(jù)論文通訊作者張新友院士介紹，花生是我國主要油料和經(jīng)濟作物，產(chǎn)量居全球首位，是國產(chǎn)植物油的重要來源和產(chǎn)區(qū)農(nóng)民增收的重要渠道，對保障國家食用油安全和促進鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興發(fā)揮著重要作用?；ㄉ镩g雜草種類繁多，危害嚴重，雜草危害一般可造成花生減產(chǎn)5-20%，嚴重時達40-60%，必須使用除草劑予以控制，但是除草劑使用不當往往會對花生生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，因此培育抗除草劑花生新品種對于有效控制花生田雜草、降低除草劑藥害、促進花生規(guī)?；N植具有重要意義。自2016年科學家利用單堿基編輯技術(shù)在目標基因靶標位點的特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了C?G 到 T?A或A?T 到 G?C單堿基的精準替換，該技術(shù)已被成功應用于水稻、棉花和油菜等多種作物，受限于花生遺傳轉(zhuǎn)化效率低下、基因組結(jié)構(gòu)復雜，目前未見花生在該方面的相關報道。

乙酰乳酸合成酶(ALS)是催化纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成起始步驟的關鍵酶，是目前世界上廣泛應用的50多種商用除草劑的作用靶標，噴施ALS類除草劑會降低ALS活性，導致上述氨基酸合成受阻，植物生長受到抑制引起死亡，但是ALS某些特定位點的氨基酸殘基改變引起植物對ALS類除草劑敏感度下降，從而產(chǎn)生對ALS類除草劑的抗性。異源四倍體花生中共有4個拷貝的ALS基因，該研究選擇AhALS2為突變靶標，構(gòu)建了適合雙子葉植物的胞嘧啶堿基編輯載體，利用CRISPR/Cas9單堿基編輯技術(shù)對AhALS2基因的Pro197進行精準編輯，獲得了19個突變株系，包括P197S、P197F和P197N三種突變類型，并可穩(wěn)定遺傳，單堿基編輯效率約為3.5%，未發(fā)現(xiàn)脫靶現(xiàn)象。在花生4-6葉期用田間推薦工作濃度的苯磺隆除草劑分別噴施野生型花生、基因編輯的T1和T2代花生，野生型花生于施藥后第8天出現(xiàn)藥害，15天后徹底死亡，而堿基編輯花生生長不受影響，即使在濃度增加至30 mg ai/L(6倍田間推薦工作濃度)條件下仍能健康生長。該研究不僅首次對單堿基編輯在花生中的應用進行了成功的嘗試，為花生功能基因研究提供了新方法，同時為培育抗除草劑花生品種創(chuàng)制了新種質(zhì)。

該研究在河南省農(nóng)業(yè)科學院/神農(nóng)種業(yè)實驗室完成，得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1200400）、河南省重大科技專項（201300111000, 221100110300）、國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-13）和河南省花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（S2012-5）等項目的資助。

(分子育種研究院供稿)