利用CRISPR/Cas9技术创制水稻红褐色颖壳突变体

摘要

颖壳颜色在杂交水稻色选机械化制种上具有重要的应用价值。水稻红褐色颖壳基因RBH1是一个编码肉桂醇脱氢酶(Cinnamyl alcohol dehydrogenases 2,CAD2)的基因,是木质素合成途径的关键酶,其功能突变会产生红褐色颖壳表型。为了研究红褐色颖壳突变材料在色选机械化制种中的应用价值,本研究采用CRISPR/Cas9技术敲除了籼稻骨干恢复系‘R498’中的RBH1基因,获得了多种不同突变方式的敲除突变材料,所有纯合突变株系的茎秆和颖壳都表现为红褐色,选取其中3种突变方式(KO1~KO3)进行进一步研究。相比于野生型‘R498’,敲除植株KO3叶片和茎秆中木质素含量显著下降,纤维素和半纤维素显著升高。农艺性状调查结果发现,无转基因成分的3个敲除突变株系(KO1~KO3)的株高、穗长、结实率、粒长和千粒重比‘R498’显著降低,但是‘R498’和敲除突变体分别与三系不育系双1A的杂交组合F_(1)的农艺性状无显著差异。虽然敲除突变体自身的多数农艺性状变差,但不影响杂交组合的农艺性状及产量。因此,利用基因编辑技术敲除恢复系材料中的RBH1基因产生的红褐色表型,可以运用于杂交水稻色选机械化制种。