张辉研究组合作利用碱基编辑技术创制除草剂抗性油菜新种质

杂草是影响油菜籽产量的重要因素，严重的田块减产幅度可达50%以上。人工除草需要花费大量的人力和物力，增加了种植成本，降低了经济效益。培育抗除草剂油菜新品种是增加油菜产量、实现油菜规模化种植的重要途径，在提高油菜生产的经济方面具有重要的意义。今年3月，Plant Biotechnology Journal在线发表了张辉课题组和扬州大学王幼平课题组合作的“Engineering herbicide-resistant oilseed rape by CRISPR/Cas9-mediated cytosine base-editing”的研究论文。乙酰乳酸合成酶(ALS)是植物中亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸合成途径的一个关键酶，基于ALS的除草剂具有高效低量、选择性强、杀草谱广等优点，在生产上得到广泛应用。该研究工作利用CRISPR/Cas9介导的胞嘧啶碱基编辑技术，在四倍体油菜中对BnALS进行靶向碱基编辑，使该基因编码蛋白的第197位的脯基酸（P197）变成了丝氨酸（S197）或苯丙氨酸(F197)（下图）。通过对后代的筛选，在T1代就获得不含外源基因插入的纯合突变材料。研究发现P197S类型的杂合及纯合材料都表现出了对除草剂苯磺隆较强水平的抗性。野生型植株在2.5mg ai/L苯磺隆的浓度下就表现出严重药害，而 P197S纯合及杂合材料在10 mg ai/L（2倍田间推荐喷施剂量）苯磺隆的浓度下未表现任何药害症状（下图），P197S纯合突变体在30 mg ai/L苯磺隆剂量下仍然能存活。

该工作首次报道在油菜中实现单碱基编辑，成功对BnALS中除草剂抗性位点进行精准替换，快速获得无外源基因插入的抗苯磺隆除草剂的油菜新种质，这为油菜田间杂草防控提供了高效的技术方案。