水稻DMP1-3基因突变体的创制及其单倍体诱导能力鉴定
胡风越;王健;王春;王克剑;刘朝雷
中国水稻科学
link.cnki.net/urlid/33.1146.S.20240206.0935.002
Abstract
【目的】探究水稻DMP家族基因的单倍体诱导能力，为单倍体育种提供新的基因资源。【方法】筛选与ZmDMP基因高同源和在花粉中高表达的水稻DMP家族同源基因作为候选基因；利用CRISPR/Cas9多基因编辑技术，在籼粳杂交稻“春优84”中对筛选的DMP家族基因和单倍体诱导基因OsMTL创制单基因敲除以及多基因组合敲除突变体；对突变体进行形态学观察和花粉育性鉴定；调查统计转基因T0材料的结实率和单倍体诱导率。【结果】在水稻RAP-DB数据库中共检索到13个玉米单倍体诱导基因ZmDMP的同源基因。OsDMP1和OsDMP2与ZmDMP同源性最高，相似度分别为41.24% 和37.32%；OsDMP1和OsDMP3在花药中表达量最高。因此，选择OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3基因为候选基因。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3的单基因敲除和组合敲除突变体(osdmp1、osdmp2、osdmp3、osdmp1-osdmp2、osdmp1-osdmp3、osdmp1-osdmp2-osdmp3)，OsMTL单基因敲除突变体(osmtl)，以及OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3与OsMTL基因的组合敲除突变体(osmtl-osdmp1、osmtl-osdmp2、osmtl-osdmp3、osmtl- osdmp1-osdmp2、osmtl- osdmp1-osdmp3、osmtl- osdmp1-osdmp2-osdmp3)。表型考察发现，相比较野生型，所有突变体的植株形态和花粉育性均未发生显著变化，而仅在包含osmtl的单基因敲除和多基因组合敲除突变体中结实率发生显著下降。单倍体鉴定结果显示，OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3和OsMTL组合突变的单倍体诱导效率分别为0.4% ± 0.6%、2.6% ± 2.8%、1.4% ± 0.6%、1.5% ±1.3%、2.1% ± 2.4%、2.2% ± 0.6%，与osmtl突变体(1.5% ± 0.5%)无显著差异。然而，当OsDMP家族基因单个突变或多个组合突变时均无单倍体产生。【结论】本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功创制了水稻OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3、OsMTL单基因和多基因组合敲除突变体，发现了OsDMP1、OsDMP2和OsDMP3均无独立单倍体诱导能力，也不能提升OsMTL基因的单倍体诱导效率。本研究促进了对水稻中OsDMP同源基因的了解，为后续单倍体诱导基因研究提供参考。