利用CRISPR/Cas9技术创制水稻落粒性基因qSH1突变体及突变特征分析

落粒性是与水稻(Oryza sativa)生产密切相关的重要农艺性状之一,落粒性过强既不利于稻谷收获,也不适于水稻的机械化生产.落粒性基因qSH1 (QTL of seed shattering in chromosome 1;LOC_Os01g62920)是控制水稻落粒性的主效基因之一,其在小穗离层区域(abscission zone,AZ)的表达促进了离层结构形成,最终导致落粒性形成.本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,在qSH1的编码区起始密码子附近及位于其开放阅读框12kb处5端调控区的一个关键SNP位点设计5个靶位点,构建3个不同的CRISPR/Cas9植物表达载体,转化受qSH1基因主效调控的易落粒大穗型籼稻(Oryza sativa ssp.indica)品种HR1128.经PCR检测鉴定,获得了31株T0代转基因阳性植株.对其靶位点PCR扩增及测序分析发现,3个不同的表达载体的突变效率分别为85.71％、76.92％、63.64％.选择10个T0代突变植株深入分析靶位点突变特征,发现靶位点的突变类型包括了碱基缺失、碱基插入及碱基替换等类型,突变基因型包括了纯合突变、杂合突变、双等位突变及嵌合突变4种模式.进一步预测并分析了编码区和调控区靶位点突变所引起的效应发现,编码区靶位点突变引发移码突变,从而导致氨基酸翻译的提前终止;而调控区靶位点突变可能影响ABI3 (abscisic acid insensitive3)型转录因子的结合,使得qSH基因的转录表达异常.本研究成功实现了对水稻qSH1基因及其调控区的定点编辑,获得了一系列不同类型的T0代突变植株,并对其突变特征进行了统计分析,为进一步分析、挖掘qSH1基因新功能及关键调控位点、培育落粒性适中的水稻新品种提供了理论依据和材料基础.