基于CRISPR/Cas9技术的水稻抗稻瘟病基因Pita突变体的创制

摘要

以粳稻品种‘日本晴’(Oryza sativa subsp.japonica‘Nipponbare’)为转基因受体,利用CRISPR/Cas9技术对抗稻瘟病基因Pita的第6至第25位碱基进行定点编辑,对突变体进行鉴定,筛选出不含T-DNA区的纯合突变体,并对该基因纯合突变体的稻瘟病抗性及6个稻瘟病病程相关基因的表达水平进行分析。结果表明:在获得的8株T0代阳性转基因植株中,有7株为突变体植株,包括1株杂合体和6株纯合体,突变率和纯合突变率分别为87.5%和85.7%,突变类型包括碱基置换、碱基插入和碱基缺失。通过PCR检测获得42株T1代T-DNA阴性植株,全部为纯合突变体。纯合突变体的稻瘟病抗性分析结果表明:接种稻瘟病菌小种CH199(Magnaporthe oryzae strain CH199)后,Pita基因编辑材料V1-38-5的T2代植株叶片病斑面积明显大于野生型‘日本晴’,平均病级为4.1±0.2,极显著(P<0.01)高于野生型‘日本晴’(3.0±0.2)。此外,与野生型‘日本晴’相比,V1-38-5的T2代植株PR2和PR1b基因的相对表达量在接种稻瘟病菌小种CH19912 h时较低,其PR2、PR1b、PR3和E2F基因的相对表达量在接种稻瘟病菌小种CH19924 h时也较低。研究结果显示:利用CRISPR/Cas9技术对水稻Pita基因进行定点编辑能够获得稳定遗传且更易感病的纯合突变体材料,这些材料可用于水稻抗性品种选育和品质改良,在一定程度上加速水稻定向分子育种的进程。