FAD2基因家族双价CRISPR载体的构建及功能评价

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:smartq
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大豆是我国乃至世界上最重要的粮油作物之一,在日常的饮食中,大豆油为人体补充大量的必需脂肪酸,其中含有丰富的不饱和脂肪酸,极易被氧化。油酸是营养价值最高的脂肪酸之一,作为一种单不饱和脂肪酸,是大豆油的重要组成部分,它具有稳定、不易被氧化的性质,在人身体里起重要的生理作用,可以预防心血管病、降低血液中低密度脂蛋白以及血液粘稠度。而亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸虽然对人体有益,但具有不易储存、容易变质的缺点。因此提高大豆油酸的含量、降低亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸的含量,是育种学家们培育大豆新品种的重要育种目标之一。在脂肪酸合成途径中,FAD2家族的基因是调控大豆油酸生成亚油酸的关键基因,据报道,已经有研究人员利用RNAi技术、反义RNA技术和人工核酸酶等技术调控FAD2家族基因的表达,并获得了高油酸突变体材料,而直接应用CRISPR/Cas9技术,对于FAD2家族基因功能的研究报道尚不多见。CRISPR/Cas9技术作为一种新的基因编辑手段,以其简单、易于操作、省时省力等特点被广泛应用于基因表达调控研究上,为提高大豆油酸含量提供了技术支持。本研究以大豆FAD2家族中的其中2个基因Gm FAD2-2A和Gm FAD2-3为主要目标基因,采用CRISPR/Cas9基因编辑技术,对目的基因定点编辑,构建双价CRISPR/Cas9表达载体,在受体吉农38材料进行遗传转化,获得阳性株系后进行分子生物学检测以及农艺性状的调查。目的是为了阐明大豆Gm FAD2-2A和Gm FAD2-3的功能。探讨通过阻断FAD2家族基因的表达是否能够达到提高大豆油酸、降低亚油酸的目的。主要试验结果如下:1、针对基因Gm FAD2-2A、Gm FAD2-3,分别在不同外显子处设计两个g RNA,利用CRISPR/Cas9载体构建试剂盒构建Gm FAD2-2A和Gm FAD2-3两个基因的双价CRISPR/Cas9表达载体(以下称p Cas9-FAD2-2A-3),利用DNAMAN软件将公司测序结果与目标基因序列进行同源性比对,结果基本一致,达到99%以上。2、利用农杆菌介导法将p Cas9-FAD2-2A-3载体导入大豆材料吉农38中。通过PCR扩增,对载体上的筛选标记基因Bar、Cas9蛋白基因进行检测,结果显示所有的载体均成功转入受体材料。3、对T1代检测含有p Cas9-FAD2-2A-3载体的材料进行测序分析,检测CRISPR/Cas9系统的编辑位点,结果表明:在转化植株后代有3株在两个靶点出发生了编辑,编辑情况主要有碱基的缺失、插入和替换。4、整合效果的检测由Southern印迹杂交技术进行,结果表明,目的片段以双拷贝或单拷贝形式整合到大豆基因组中,加代处理得到遗传性状稳定的植株。对Gm FAD2-2A和Gm FAD2-3基因转录RNA(m RNA)的相对表达量进行荧光定量PCR检测,两个基因的相对表达量均明显低于对照组。5、突变体材料转化植株的脂肪酸含量分析结果表明:含有p Cas9-FAD2-2A-3载体的突变体材料油酸含量均高于对照组达50%以上。因此,我们推测在大豆中Gm FAD2-2A和Gm FAD2-3基因,具有对脂肪酸代谢的调控作用,并且两个基因共同作用效率较高。6、转化后代农艺性状分析结果表明:转化材料在株高、主茎节数、单株分枝数、叶形、花色、中皮色、种脐色、生育期等农艺性状上没有显著性差异。
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