寄生雜草菟絲子獲取寄主特有性狀的機理研究

《寄生雜草菟絲子獲取寄主特有性狀的機理研究》是依託中國農業大學，由姜臨建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：寄生雜草菟絲子獲取寄主特有性狀的機理研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：姜臨建
• 項目類別：面上項目

項目摘要

菟絲子是全球廣泛分布的惡性寄生雜草，危害包括大豆、苜蓿、西紅柿、甜菜、洋蔥等多種作物以及多種觀賞灌木和樹木。菟絲子成功寄生寄主作物後，連通寄主的維管束，源源不斷的從寄主獲取營養。採用轉基因抗除草劑作物，也不能有效控制菟絲子。我們已經揭示了這一現象背後的分子機制是，降解除草劑的轉基因酶從寄主轉移到菟絲子中並保持了生物活性。在此基礎上，本研究將繼續深入研究寄主特有的多種不同抗除草劑性狀從寄主到菟絲子的轉移情況，並採用分子生物學的手段從蛋白的分子量，啟動子以及導向序列等方面深入探討調控蛋白從寄主到菟絲子移動的有關機制。本研究將拓展對蛋白質從寄主到寄生植物移動機理及其生物學功能的認識，並積極探索通過限制寄主降解除草劑轉基因酶的移動來提高菟絲子防控的新方法。

結題摘要

菟絲子是全球廣泛分布的惡性寄生雜草，危害包括大豆、苜蓿、西紅柿、甜菜、洋蔥等多種作物以及多種觀賞灌木和樹木。菟絲子成功寄生寄主作物後，連通寄主的維管束，源源不斷地從寄主獲取營養。因此，研究菟絲子與寄主植物之間的相互作用，對於探索新的防控方法具有重要的理論意義。本研究原計畫對蛋白質從寄主到寄生植物的移動機理及其生物學功能開展研究，但是由於種種原因，推進受阻。 本課題的另一背景是植物基因編輯技術的興起。特別是以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術為在植物基因組中高效地引入精準的突變提供了革命性的工具。鑒於植物除草劑靶點基因上特定的點突變能夠賦予植物高水平的除草劑抗性，因此，基因編輯技術對於創製抗除草劑作物種質方面，具有極大的套用潛力。但是，通過CRISPR/Cas9介導的同源重組的方式實現植物基因的點突變效率依然很低。2016年，David Liu課題組將胞嘧啶脫氨酶融合到Cas9基因上，從而在動物細胞中實現了C到T的高效單鹼基突變；隨後又利用腺嘌呤脫氨酶融合蛋白實現了A到G的精準編輯。 本課題以擬南芥為材料建立了植物單鹼基編輯技術體系，成功地在擬南芥內源ALS基因上精準地引入了點突變，創製了抗除草劑種質。在T1代轉基因擬南芥中，單鹼基編輯的效率為1.7%；在T2代時，單鹼基編輯的效率可高達30%。相關成果發表在Science China Life Sciences雜誌。此項成果已經提交了專利申請，理論上能夠在所有作物上的內源基因上創製單鹼基突變。在此基礎上，本課題組構建了針對不同作物和轉化體系的單鹼基編輯載體。其中，與北京市農林科學院蔬菜中心合作，本課題組的單鹼基編輯工具成功創製了不含轉基因成分的抗除草劑西瓜種質，文章已經發表在Plant Cell Reports雜誌。此外，本課題產生了5項專利申請，其中兩項成功轉化。植物單鹼基編輯技術為研究植物中的單鹼基突變的生物學功能及培育抗除草劑作物種質提供了有力工具，具有重要的科學和套用價值。