本项技术披露了一种基于紫花苜蓿的基因编辑系统及其构建与评估方法,属于生物技术范畴。该系统利用紫花苜蓿EF1-α延伸因子基因启动子来驱动Cas9蛋白的表达,针对紫花苜蓿中编码特定氨基酸的基因进行编辑。
背景技术
紫花苜蓿(Medicago sativa)是一种重要的饲草作物,因其丰富的营养成分,尤其是高蛋白含量,被誉为“牧草之王”。在畜牧业中,紫花苜蓿是牛、羊等家畜的优质饲料,有助于提高牲畜的产奶量和改善肉质。除此之外,苜蓿具有固氮作用,能够改善土壤质量,减少对化肥的依赖,因此在农业生态系统中也具有重要价值。因此,培育高产优质的苜蓿新品种成为亟待解决的问题。
基因编辑技术是近年来发展起来的一项新型生物技术,广泛应用于农作物品种改良、基因工程育种和植物基因功能研究等领域。该技术能够精准地在作物基因组的特定位点进行基因改造,且避免了外源基因插入基因组中的风险。因此,基因编辑技术不仅克服了转基因技术在作物分子育种中的局限性,还避免了外源基因可能带来的环境安全问题。
农作物基因编辑技术主要包括ZFNs、TALEN和CRISPR/Cas系统等,其中最常用的是CRISPR/Cas9系统。在农作物中应用的CRISPR/Cas9编辑体系中,人们根据水稻和拟南芥的氨基酸密码子偏好,优化了核酸酶Cas9基因的编码序列,以确保Cas9能够在这些植物中快速翻译成蛋白质。常用的驱动Cas9表达的启动子包括CaMV35S启动子和AtUbi10启动子,分别来自烟草和拟南芥,均为组成型启动子,能够在植物中高效驱动Cas9的表达。
CRISPR/Cas9基因编辑技术在紫花苜蓿育种中的应用前景广阔。然而,要进一步提升CRISPR/Cas9系统在苜蓿中的效率,还需解决以下几个关键问题:1.如何促进Cas9在苜蓿中的高效表达?2.如何提高sgRNA在苜蓿中的表达量?3.如何减少苜蓿中的脱靶问题?付春祥研究团队(Zhao等人,2024年)使用CRISPR_2.0系统,通过多靶点串联提高基因的靶向结合概率,成功获得了PALM1的突变体。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种编辑效率更高的CRISPR_2.0改造系统。
实现思路