布鲁克海文实验室通过CRISPR打造超级油料作物

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关键词：

来源：

Plant Biotechnology Journal

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/c9dfd7d5-2e1c-4cbc-b2e8-547db126627e

来源地址：

https://doi.org/10.1111/pbi.14403

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-06-10

摘要：

2024年6月10日，Plant Biotechnology Journal（IF：13.8）在线发表了布鲁克海文实验室John Shanklin、Xiao-Hong Yu团队的最新研究成果：‘Creating yellow seed Camelina sativa with enhanced oil accumulation by CRISPR-mediated disruption of Transparent Testa 8’，本文通过CRISPR/Cas9技术改造亚麻荠，旨在创建具有增强油脂积累的黄色种子品种。作者确定了亚麻荠基因组中的三个TT8同源基因，其是一个参与调控类黄酮合成和种子颜色形成的转录因子编码基因。通过CRISPR介导的基因编辑方法在这些基因上引入了移码突变。TT8基因的破坏导致种子颜色从棕色转变为黄色，这与类黄酮含量减少高达44%以及种子外皮粘液层结构改变有关。这一发现表明，TT8基因的功能丧失不仅影响了色素沉积，还影响了种子的物理特性。转录组分析显示，与脂肪酸合成相关的转录因子LEC1、LEC2、FUS3和WRI1及其下游目标的表达显著增加。这些变化导致代谢重构，增加了脂肪酸合成率，并相应地增加了总脂肪酸(TFA)积累，从32.4%增加到高达38.0%的种子重量，并且三酰甘油(TAG)产量增加了21%以上，与亲本系相比，淀粉或蛋白质水平没有显著变化。通过CRISPR/Cas9技术敲除CsTT8基因，不仅增加了亚麻荠种子中的总脂肪酸和三酰甘油含量，还改变了脂肪酸的组成，特别是增加了单不饱和脂肪酸的比例。基因编辑前后亚麻荠种子中总脂肪酸(TFA)的含量变化。图1 a可以看到，在野生型(WT)种子中，TFA含量为32.4%。而在CsTT8基因敲除后的种子中，TFA含量显著增加，三个不同的突变系分别增加到37.5%，38.0%，和36.1%。基因编辑对种子中三酰甘油(TAG)含量的影响。图1 b可以看到，在野生型种子中，TAG含量为28.5%。敲除CsTT8基因后，TAG含量增加至最高34.6%，表明基因编辑显著提高了种子的油脂含量。编辑CsTT8基因后，观察到18:1（油酸）和18:2（亚油酸）脂肪酸含量显著增加，而18:3（亚麻酸）含量相应减少。这种脂肪酸组成的改变可能对油脂的营养价值和工业应用有重要影响。本研究证明了通过CRISPR/Cas9技术可以有效地创造具有高油含量的亚麻荠新品种。这些突变系可能直接有助于未来的净零碳能源生产，或与其他性状结合以高产量生产所需的脂质衍生生物产品。