[發明專利]一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法

在審

• 申請號: 201810876907.2
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109182371A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 劉相國
• 申請（專利權）人: 吉林省農業科學院
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46;A01H6/54;A01H1/02;A01H1/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 于曉慶

一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法，涉及植物基因工程領域，解決了現有基因編輯受限于基因型且需要經過組織培養從而產生大量遺傳變異、不利于后代轉基因成分的剔除等問題。本發明以含有基因編輯靶點gRNA以及基因編輯系統元件的轉基因植株和具有單倍體誘導效率的植物株系為材料，制備可用于基因編輯的具有工具屬性的中間載體；利用中間載體作為父本，誘導植株產生單倍體，同時完成基因編輯；自然或人工加倍后最終獲得靶向基因編輯異的植物新品種/系純合體。該方法在制備基因編輯中間載體工具后，無需進行復雜的遺傳轉化和組織培養過程，僅通過人工雜交授粉的方法就可以實現對同一植物不同基因型的基因編輯。

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域，具體而言，涉及一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法。

背景技術

利用基因編輯技術定點敲除不利基因，從而實現目標性狀的精準改良，對于提高作物定向遺傳改良效率有很大幫助。2016年，精準的植物基因編輯技術被列為十大科技突破之一，基于CRISPR-Cas9的靶向基因工程可以精準的改善農作物特性，在確保糧食的可持續生產方面表現出了巨大的技術優勢和市場潛力。玉米研究方面杜邦先鋒公司已成功利用該技術得到了糯玉米、磺酰脲類除草劑抗性、雄性不育和葉舌缺失等基因編輯玉米植株。其他作物方面，已經在馬鈴薯、牽牛花、芥藍、水稻、大豆等獲得重要進展，展現了巨大的商業價值。

盡管基因編輯技術已經較為成熟，但目前玉米、高粱等很多植物基因編輯工作仍有很大的技術瓶頸。存在的主要問題是：基因編輯嚴重依賴于植物遺傳轉化技術，而遺傳轉化技術受基因型限制，且由于經歷組織培養過程，通常會產生大量的遺傳變異，不利于基因編輯后代材料的快速純化和應用。常用農桿菌介導的遺傳轉化方法，同一植物不同基因型對農桿菌敏感度顯著不同，以玉米為例，常用于遺傳轉化的HiII和B104等受體材料，技術優化后轉化效率可達到10％左右，但商業化的自交系幾乎無法轉化成功。高粱、大豆等其他植物也存在類似現象。另一種常用的基因槍介導的方法，同樣需要經歷繁雜的組織培養再生程序，組培再生也受限于基因型。此外，由于基因槍是物理轟擊，轟擊細胞損傷較大，細胞內基因碎片化嚴重，不利于基因編輯后代轉基因成分剔除。

發明內容

為了解決現有基因編輯受限于基因型且需要經過組織培養從而產生大量遺傳變異、不利于后代轉基因成分的剔除等問題，本發明提供一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法。該方法不依賴于基因型且不需要經過復雜的組織培養，可以快速實現對植物基因型的基因編輯，尤其可以解決難轉化基因型植物基因的編輯。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法，以含有基因編輯功能元件的轉基因植物株系和具有單倍體誘導效率的植物株系作為基礎材料，制備用于基因編輯的具有工具屬性的基因編輯中間載體工具，利用該基因編輯中間載體工具，通過雜交同時實現植物單倍體誘導和目標基因編輯，所述基因編輯功能元件包含具有引導基因編輯酶到目標靶點的gRNA序列。

作為優選的實施方式，本發明的一種不依賴于基因型的植物基因編輯方法，主要包括以下步驟：

步驟一、構建一種含有基因編輯功能元件的植物表達載體，該植物表達載體進入植物體內后能夠實現對目標基因的有效編輯；

步驟二、以能夠遺傳轉化的植物材料作為受體材料，利用構建的植物表達載體，進行植物遺傳轉化，培育轉基因植物植株；

步驟三、含有基因編輯功能元件的轉基因植物株系與具有單倍體誘導效率的植物株系進行雜交，產生F1代植株和后代衍生材料，命名為基因編輯中間載體工具；

步驟四、以基因編輯中間載體工具作為父本工具，對目標編輯植物株系進行授粉，獲得雜交后代；

步驟五、雜交后代材料篩選獲得單倍體，種植在溫室或田間，單倍體植株加倍，去除雜合體和非整倍體；