CN117866978A - 一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 - Google Patents
一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117866978A CN117866978A CN202311833785.6A CN202311833785A CN117866978A CN 117866978 A CN117866978 A CN 117866978A CN 202311833785 A CN202311833785 A CN 202311833785A CN 117866978 A CN117866978 A CN 117866978A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tumv
- gene editing
- gene
- primer
- mosaic virus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 241000723838 Turnip mosaic virus Species 0.000 title claims abstract description 70
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 240000007124 Brassica oleracea Species 0.000 title claims abstract description 17
- 235000003899 Brassica oleracea var acephala Nutrition 0.000 title claims abstract description 17
- 235000011301 Brassica oleracea var capitata Nutrition 0.000 title claims abstract description 17
- 235000001169 Brassica oleracea var oleracea Nutrition 0.000 title claims abstract description 17
- 201000010099 disease Diseases 0.000 title claims abstract description 16
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 101100263837 Bovine ephemeral fever virus (strain BB7721) beta gene Proteins 0.000 claims abstract description 14
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 14
- 101100316840 Enterobacteria phage P4 Beta gene Proteins 0.000 claims abstract description 14
- 238000010356 CRISPR-Cas9 genome editing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims abstract description 6
- 231100000221 frame shift mutation induction Toxicity 0.000 claims abstract description 4
- 230000037433 frameshift Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000008263 repair mechanism Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000014616 translation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 32
- 240000002791 Brassica napus Species 0.000 claims description 24
- 235000011293 Brassica napus Nutrition 0.000 claims description 24
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 16
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 claims description 13
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 12
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 11
- 241000589158 Agrobacterium Species 0.000 claims description 10
- 238000011529 RT qPCR Methods 0.000 claims description 10
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 9
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 claims description 8
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 claims description 7
- 108091027544 Subgenomic mRNA Proteins 0.000 claims description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 5
- 102100035102 E3 ubiquitin-protein ligase MYCBP2 Human genes 0.000 claims description 4
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims description 4
- 238000012217 deletion Methods 0.000 claims description 4
- 230000037430 deletion Effects 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 238000001262 western blot Methods 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 claims description 3
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 claims description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 2
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 claims description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims 1
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 claims 1
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 claims 1
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 claims 1
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 claims 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 abstract description 13
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010413 gardening Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009456 molecular mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 208000035240 Disease Resistance Diseases 0.000 description 18
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 7
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 239000006180 TBST buffer Substances 0.000 description 5
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 5
- 238000000246 agarose gel electrophoresis Methods 0.000 description 5
- 239000006870 ms-medium Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 4
- 241000219198 Brassica Species 0.000 description 3
- 241000219193 Brassicaceae Species 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 3
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 101150028074 2 gene Proteins 0.000 description 2
- 235000011331 Brassica Nutrition 0.000 description 2
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 description 2
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 2
- 108010014863 Eukaryotic Initiation Factors Proteins 0.000 description 2
- PEASFKSPITUZGT-UHFFFAOYSA-N N-phenyl-N-[1-(2-phenylethyl)piperidin-4-yl]cyclopentanecarboxamide Chemical compound O=C(C1CCCC1)N(C1CCN(CCC2=CC=CC=C2)CC1)C1=CC=CC=C1 PEASFKSPITUZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000000220 Panda oleosa Species 0.000 description 2
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 description 2
- 108010067390 Viral Proteins Proteins 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012882 rooting medium Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 2
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 1
- 101001082110 Acanthamoeba polyphaga mimivirus Eukaryotic translation initiation factor 4E homolog Proteins 0.000 description 1
- 102000007469 Actins Human genes 0.000 description 1
- 108010085238 Actins Proteins 0.000 description 1
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 244000178993 Brassica juncea Species 0.000 description 1
- 235000011332 Brassica juncea Nutrition 0.000 description 1
- 235000014700 Brassica juncea var napiformis Nutrition 0.000 description 1
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 101001082109 Danio rerio Eukaryotic translation initiation factor 4E-1B Proteins 0.000 description 1
- 101710091919 Eukaryotic translation initiation factor 4G Proteins 0.000 description 1
- 108700024394 Exon Proteins 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 101710088172 HTH-type transcriptional regulator RipA Proteins 0.000 description 1
- 108091029795 Intergenic region Proteins 0.000 description 1
- 108091092195 Intron Proteins 0.000 description 1
- 241001463064 Junea Species 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 108010044843 Peptide Initiation Factors Proteins 0.000 description 1
- 102000005877 Peptide Initiation Factors Human genes 0.000 description 1
- 241000710078 Potyvirus Species 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000003501 co-culture Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003113 dilution method Methods 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 235000013861 fat-free Nutrition 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012160 loading buffer Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002264 polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000010814 radioimmunoprecipitation assay Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 1
- 230000008261 resistance mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010839 reverse transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000014621 translational initiation Effects 0.000 description 1
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000004383 yellowing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用,涉及植物分子生物学和基因工程领域。本发明通过CRISPR‑Cas9技术对BneIF2Bβ基因外显子区域进行基因编辑,利用生物自身DBS内源修复机制的不完全保守性,造成其DNA序列移码突变,导致蛋白翻译提前终止,获得功能缺失型材料。该材料对TuMV的抗性显著增强,而其他重要园艺性状无明显改变。该新种质在植物抗TuMV分子机制的基础研究和群体改良、新种质创制的育种工作中均有极大应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及分子生物学和基因工程领域,具体为利用基因编辑技术创制新种质和加速农作物育种进程,尤其是一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用。
技术背景
芜菁花叶病毒(Turnip mosaic virus,TuMV)由美国病毒学家Schultz于1921年首次在芸薹属作物中发现,是目前发现唯一能够侵染芸薹属植物的马铃薯Y病毒属病毒。植物受TuMV侵害后叶片出现花叶、卷缩、褪绿等表型,严重时甚至导致全株枯萎,若防治不当在田间生产中易造成毁灭性损失。由于TuMV侵染范围广,危害程度大,防治难度高,探索抗病基因、选育抗病品种是目前解决这一问题的主要手段。
甘蓝型油菜(Brassica napus)是一种重要的世界范围广泛种植的油料作物,前期研究多集中在通过遗传定位鉴定TuMV显性抗病位点,但均未精细定位到具体抗病基因,研究基础较薄弱,抗病种质稀缺。eIF2Bβ是在芥菜型油菜(Brassicajuncea)中鉴定到的TuMV隐性抗病基因,编码一个翻译起始因子,可用于抗病种质的创制。但在育种工作中,隐性抗性基因的稳定导入不仅会导致育种周期延长、育种成本增加,且由于多代回交,不同材料携带的多种遗传背景相互混杂,易引起新种质重要园艺性状的改变从而影响其品质。
鉴于目前尚无利用基因编辑技术创制抗TuMV甘蓝型油菜新种质的相关研究,本发明利用基因编辑技术对BneIF2Bβ进行基因编辑,创制兼具TuMV抗性且原优良品质不改变的优质新种质,为植物抗TuMV分子机制的基础研究和群体改良、种质创制的育种工作提供研究材料和科学依据。
发明内容
本发明的第一个目的是针对上述现有甘蓝型油菜TuMV抗病种质不足,生产中抗病材料发生抗性缺失,隐性抗病基因育种周期长、成本高,育种过程难以兼顾抗病性与品质等问题,提供一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,通过基因编辑技术创制甘蓝型油菜BneIF2Bβ功能缺失型突变体,实现快速高效赋予其TuMV抗性,同时保持其原有重要品质性状不改变。
为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:
一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,通过对甘蓝型油菜BneIF2Bβ基因CDS区域进行基因编辑,造成其DNA序列移码突变,导致蛋白翻译提前终止,进而获得功能缺失型突变体材料,表现出芜菁花叶病毒抗性增强。
作为优选,通过CRISPR-Cas9技术,利用生物自身DBS内源修复机制,引入BneIF2Bβ基因DNA序列,引起该基因内片段的插入或缺失。
现有的基因编辑技术均可对BneIF2Bβ进行基因编辑,本发明仅列出基于CRISPR-Cas9进行基因编辑的具体操作,利用Cas9蛋白在靶点DNA上切割产生缺口,细胞自身DBS修复机制的不完全保守性来实现移码突变,造成BneIF2Bβ功能的丧失。
作为优选,具体包括如下步骤:
步骤(1)、基因编辑靶点和扩增引物设计
根据sgRNA靶点设计原则,在BneIF2Bβ基因靠近5’端外显子区域内,选取PAM序列前20bp作为靶点,第一个碱基强制变为G以提高编辑效率;设计2个靶点,将靶点序列复制到引物骨架上,原则为1个靶点序列复制替换引物F0和引物BsF中的20nt N,另1个靶点序列反向互补后替换引物R0和引物BsR中的20ntN;
靶点序列如下:
Target1:5’-GNNNNNNNNNNNNNNNNNNN-NGG-3’
Target2:5’-GNNNNNNNNNNNNNNNNNNN-NGG-3’
步骤(2)、重组载体构建和农杆菌转化
利用中间载体pCBC-DT1T2为模板,BsF/BsR和F0/R0进行4引物PCR扩增,克隆出靶点骨架;产物纯化后与限制性内切酶BsaI-HF、T4连接酶和基因编辑载体构建Golden Gate反应体系,获得基因编辑重组载体;将连接产物转化大肠杆菌感受态DH5α,涂布LB平板后过夜培养,挑取单克隆,摇菌后抽提质粒并测序,测序结果正确的质粒转化农杆菌GV3101;
步骤(3)、甘蓝型油菜遗传转化
选择TuMV感病的甘蓝型油菜品种,以播种后5天的子叶为外植体,利用农杆菌介导的叶盘法进行遗传转化,经kana抗生素筛选后获得再生芽,再生芽转移至生根培养基中获得再生植株。
作为优选,引物序列如下:
BsF:ATATATGGTCTCGATTGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGTT
F0:TGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGTTTTAGAGCTAGAAATAGC
R0:AACNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCAATCTCTTAGTCGACTCTAC
BsR:ATTATTGGTCTCGAAACNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCAA。
作为优选,还包括以下步骤:
步骤(4)、基因编辑检测
抽提再生苗叶片得到待测DNA。首先,利用基因编辑载体特异性引物扩增待测DNA,琼脂糖凝胶电泳检测条带有无和大小是否正确,从而检测载体是否成功导入植物中,初步筛选阳性再生苗。然后,在目标基因靶点附近设计特异性引物,以阳性再生苗DNA为模板进行PCR扩增,同时以野生型材料DNA扩增的PCR产物作为对照。所有产物经琼脂糖凝胶电泳检测条带大小无误后送测序,测序结果若显示无双峰,且序列对比与野生型一致,则表示未发生基因编辑;测序结果若显示有后双峰,且产生双峰的位置在所设靶点处,则表示基因编辑成功。
步骤(5)、TuMV抗性鉴定
发生基因编辑的再生苗生长至开花后自交获得T1代,T1代再自交后获得T2代,选取T1或T2代纯合编辑材料进行TuMV抗性鉴定。具体鉴定指标为接种TuMV后植株发病表型情况统计,qPCR鉴定TuMV_CP表达量和Western blotting鉴定TuMV_CP蛋白积累量。综合所有指标表征,相比野生型材料而言,基因编辑材料的TuMV抗性显著增强。
本发明的第二个目的是提供上述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法在创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质中的应用。
本发明的第三个目的是提供BneIF2Bβ基因在创制抗芜菁花叶病毒
病甘蓝型油菜新种质中的应用,所述应用为:采用CRISPR-Cas9系统对BneIF2Bβ基因进行基因编辑,进而获得抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供了一种通过对隐性抗病基因BneIF2Bβ基因编辑从而获得抗TuMV甘蓝型油菜新种质的方法,通过后续突变体与野生型材料接种TuMV后的抗性鉴定和对比,在TuMV_CP的转录水平和翻译水平均证实了基因编辑材料对TuMV抗性的显著增强,获得了稳定可遗传的抗TuMV甘蓝型油菜新种质,且其他重要园艺性状无明显变化;
本发明创制的抗病新种质是对现有十字花科TuMV抗病材料的有力补充;
本发明创制的TuMV抗性新种质证明了除先前报道的TuMV显性抗病位点外,隐性抗病机制同样存在于甘蓝型油菜中,是对现有甘蓝型油菜TuMV抗性研究的重要参考;
本发明创制的抗TuMV新种质为十字花科TuMV抗病育种提供了新的靶基因,十字花科现有TuMV隐性抗病基因多聚焦于eIF4E/eIF(iso)4E和eIF4G/eIF(iso)4G,这些基因发生突变后能赋予植物抗病性,但在植物与病毒的“军备竞赛”中,病毒能够通过招募其他宿主因子来克服这一抗病性,因而挖掘其他隐性抗性基因并育成抗病新种质有利于作物保持长期稳定的抗病性能;
本发明所提供的基因编辑方法较常规育种方法能够更快地赋予感病材料TuMV抗性,利用这一方法创制的甘蓝型油菜抗TuMV新种质能够加速育种进程,节约育种成本,并更好地保留原材料的优异品质性状。
附图说明
图1为利用U626-IDF/U629-IDR引物对再生苗PCR扩增,产物经琼脂糖凝胶电泳后胶图展示。其中,M为2000bp DNA Marker;S为以13株再生苗DNA为模板;P为阳性对照,以重组基因编辑载体为模板;N1为阴性对照1,以野生型材料DNA为模板;N2为阴性对照2,以ddH2O为模板。
图2为BneIF2Bβ基因结构图和两种基因编辑类型展示。其中灰色矩形代表外显子,白色矩形代表内含子。
图3为利用A1-F/A1-R引物对bneif2bβ-1和bneif2bβ-2进行PCR扩增后,产物测序结果。其中,箭头代表发生碱基插入的位置。
图4为野生型材料和基因编辑材料在接种TuMV/MOCK后25天的发病表型。
图5为接种TuMV/MOCK后25天,利用qPCR对野生型材料和基因编辑材料进行TuMV_CP表达量的差异分析。
图6为接种TuMV/MOCK后25天,利用Western blotting对野生型材料和基因编辑材料进行TuMV_CP蛋白积累量的差异分析。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:sgRNA靶点选择和引物设计
利用甘蓝型油菜泛基因组数据库(http://cbi.hzau.edu.cn/bnapus/index.php)中Westar品种基因组信息提取BneIF2Bβ基因(BnaC01T0437600WE)序列,具体基因序列和基因结构详见SEQ ID NO.1。提交序列至CRISPR-P网站(http://crispr.hzau.edu.cn/CRISPR2/)筛选靶点。靶点选择原则为:位于功能性区域且尽量靠近5’端;编辑效率高,无脱靶或脱靶位于基因间区;平衡的GC含量且不易形成二级结构。选择PAM序列前20bp序列,并将第一个碱基强制变为G,此序列为sgRNA靶点,最终在BneIF2Bβ第三个外显子处选择2个靶点(SEQ ID NO.2、NO.3)。将2个靶点序列复制到PCR引物骨架上,序列详见SEQ ID NO.4、NO.5、NO.6、NO.7,引物合成后备用。
双敲靶点序列:
Target1:5’-GTGCTACAGCAGCTGTGGCG-3’;(SEQ ID NO.2)
Target2:5’-GGGAACTCCTGAGTCTGCGA-3’;(SEQ ID NO.3)
PCR所用4引物序列:
BsF:5’-ATATATGGTCTCGATTGTGCTACAGCAGCTGTGGCGGTT-3’;(SEQ ID NO.4)
F0:5’-TGTGCTACAGCAGCTGTGGCGGTTTTAGAGCTAGAAATAGC-3’;(SEQ ID NO.5)
R0:5’-AACTCGCAGACTCAGGAGTTCCCAATCTCTTAGTCGACTCTAC-3’;(SEQ ID NO.6)
BsR:5’-ATTATTGGTCTCGAAACTCGCAGACTCAGGAGTTCCCAA-3’;(SEQ ID NO.7)
实施例2:基因编辑重组载体构建
按表1所示配置PCR反应体系,其中模板pCBC-DT1T2中间载体需稀释200倍,反应程序为:94℃ 2min,1循环;94℃ 15sec,60℃ 30sec,68℃ 1min,30循环;68℃ 5min,1循环。PCR产物纯化后按表2所示配置Golden Gate反应体系,反应程序为:37℃ 5hours,50℃5min,80℃ 10min。反应产物吸取5μL转化大肠杆菌感受态DH5α,涂布LB平板(Kana抗性),37℃过夜培养后挑取单菌落,抽提质粒并测序,菌落PCR引物和测序引物见SEQ ID NO.8、NO.9、NO.10。热击法将测序正确的质粒转化农杆菌GV3101,所得菌液即可用于甘蓝型油菜遗传转化。
表1克隆PCR反应体系
表2Golden Gate反应体系
菌落PCR和测序引物:
U626-IDF:5’-TGTCCCAGGATTAGAATGATTAGGC-3’;(SEQ ID NO.8)
U629-IDF:5’-TTAATCCAAACTACTGCAGCCTGAC-3’;(SEQ ID NO.9)
U629-IDR:5’-AGCCCTCTTCTTTCGATCCATCAAC-3’;(SEQ ID NO.10)实施例3:甘蓝型油菜遗传转化
以感TuMV甘蓝型油菜品种Westar的子叶为外植体,利用农杆菌介导的遗传转化法获得稳定遗传的基因编辑材料,具体步骤如下:
(1)外植体获取和农杆菌侵染
将Westar种子消毒后播种于MS培养基,5天后,尽量靠近生长点切取子叶。含有重组基因编辑载体的农杆菌摇至OD600为1.0左右,用R1培养基(MS 4.3g/L,葡萄糖30g/L)稀释至OD600为0.3。将切好的子叶浸泡在菌液中摇动10min,捞出子叶吸干菌液后,置于CC培养基(MS培养基+2mg/L6BA,0.1mg/L IAA)黑暗条件下共培养3天。
(2)外植体抗性筛选和继代
将CC培养基上的子叶转移至CS培养基(MS培养基+2mg/L 6BA,0.1mg/L IAA,2mg/LAgNO3,160mg/LTimentin,25mg/LKana)光照培养2天,再转移至SS1培养基(MS培养基+2mg/L 6BA,2mg/L AgNO3,160mg/LTimentin,25mg/L Kana)光照培养5天,完成抗性筛选。培养状态良好的外植体转移至SS2培养基(MS培养基+0.05mg/L 6BA,2mg/LAgNO3,160mg/LTimentin,25mg/L Kana)促进生芽,之后每隔14天左右继代到SS2培养基上,直至再生芽出现。
(3)再生芽收集和再生苗生根
外植体在SS2培养基培养约30天后,切除已黄化的子叶,收集所有再生芽,转移至生根培养基(MS培养基+2mg/L IBA,160mg/L Timentin,25mg/LKana)生根。当再生苗根系足够健壮后,从培养瓶中移出转至土里,于温室中生长。
实施例4:再生苗基因编辑检测
取所有再生苗叶片于离心管中,液氮速冻后利用CTAB法提取DNA。首先利用pKSE401载体引物U626-IDF/U629-IDR对所有再生苗DNA进行PCR扩增,以重组质粒为模板的PCR产物做阳性对照,以野生型材料DNA和ddH2O为模板的PCR产物做阴性对照。琼脂糖凝胶电泳图表明,13株再生苗中有10株的PCR产物条带较亮,且大小与阳性对照一致,均为726bp,两阴性对照均无条带,即获得了10株阳性再生苗(图1)。
于BneIF2Bβ基因所设靶点附近设计特异性引物A1-F/R(SEQ ID NO.11、NO.12),以阳性再生苗DNA和野生型DNA为模板进行PCR扩增。所有产物经琼脂糖凝胶电泳检测,条带大小均为570bp。以A1-F为测序引物将所有产物送测序,其中3株再生苗的测序结果显示后双峰,表明发生了杂合编辑。将此3株再生苗的PCR产物纯化后连接至通用载体B-zero(Transgen Biotech),转化大肠杆菌后挑取单克隆送出测序,发现在第1个靶点处发生基因编辑,共存在2种编辑类型,分别为插入一个A(bneif2bβ-1)和插入一个T(bneif2bβ-2)(图2、图3)。
基因编辑检测特异性引物:
A1-F:5’-CTGGTCGCTGCTAATCCTGT-3’;(SEQ ID NO.11)
A1-R:5’-TCCACATCCCACCAGTTACC-3’;(SEQ ID NO.12)
实施例5:突变体TuMV抗性鉴定
将3株发生基因编辑的材料于温室中培养至开花后自交,得到T1代,T1代再自交得到T2代,选取T2代中的两种纯合编辑类型材料bneif2bβ-1和bneif2bβ-2进行后续TuMV抗性鉴定,共包括以下三种鉴定方法:
(1)发病表型统计
取2g TuMV病叶于20mL 1×PBS溶液中研磨,纱布过滤后得到TuMV病原液。将野生型Westar和两种编辑材料于温室中播种,温度24℃/20℃,光照8h/16h,生长至4叶1心后,用石英砂摩擦接种TuMV病原液/MOCK(1×PBS),于接种15天后观察发病表型。
如图4所示,与MOCK组相比,实验组的野生型和2种基因编辑材料在接种TuMV后均无明显发病表型出现,推测原因为本实验所接种的TuMV_ZJ型病毒能够侵染甘蓝型油菜Westar,但侵染后植株不会有明显发病表型,因此还需后续的分子手段继续鉴定。
(2)qPCR检测TuMV_CP表达量
取100mg接种TuMV病原液/MOCK后25天的野生型和基因编辑材料叶片,利用TRIzol法(Invitrogen)抽提RNA,反转录(Toyobo)得到cDNA。设计TuMV_CP和内参基因25S的qPCR引物(SEQ ID NO.13、NO.14、NO.15、NO.16),以上述cDNA为模板,利用StepOne Plus system(Applied Biosystems)进行荧光定量PCR实验,保证3个生物学重复和3个基础重复,利用2-ΔΔCt法计算TuMV_CP表达量。
如图5所示,在接种后第25天,野生型材料中TuMV_CP表达量极高,而2种基因编辑材料中TuMV_CP表达量极低,与MOCK组基本无差异。由此可见,在病毒转录水平上,基因编辑材料与野生型材料相比TuMV病毒积累量明显下降。
qPCR检测所用引物序列:
qPCR-TuMV_CP-F:5’-CTGATTACGAACTGACGGAGGACA-3’;(SEQ ID NO.13)
qPCR-TuMV_CP-R:5’-CACCCACATTCCGTTTATGTTCGG-3’;(SEQ ID NO.14)
qPCR-25S-F:5’-CGGTTCCTCTCGTACTAGGTTGA-3’;(SEQ ID NO.15)
qPCR-25S-R:5’-CCGTCGTGAGACAGGTTAGTTTT-3’;(SEQ ID NO.16)
(3)Westernblotting检测TuMV_CP蛋白积累量
取0.3g接种TuMV病原液/MOCK后25天的野生型和基因编辑材料叶片,液氮研磨后加入600μL RIPA裂解液(Beyotime),13,000xg 4℃离心5min,上清液即为总蛋白。利用BCA蛋白定量试剂盒(Beyotime)测定所有样品蛋白浓度后,每个样品吸取10μg蛋白加入5x蛋白上样缓冲液,95℃煮10min,冷却后上样。利用10%的SDS-PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白,条件为120V恒压电泳1.5h。完成后利用湿转法将蛋白条带转印至PVDF膜(Millipore)上,条件为恒流400mA电泳30min。完成后将膜置于TBST配置的5%脱脂奶粉中封闭2h,弃牛奶后用TBST洗膜5次,每次5min。配置1%BSA的TBST溶液,按1/3000加入TuMV单克隆抗体(Green Agriculture Safeguard)或植物内参Actin抗体(Abbkine),4℃孵育过夜。第二天回收一抗,用TBST洗净膜后,与一抗稀释方法相似,按1/5000加入羊抗鼠二抗(ZENBIO)或羊抗兔二抗(Agrisera),室温孵育1h。弃二抗,用TBST洗净膜后,通过化学发光ECL法(Bio-red)于ChemiDoc MP imaging system(Bio-red)中拍照。
如图6所示,接种TuMV后野生型材料明显可见TuMV_CP蛋白条带,而2种突变体材料无明显可见条带。由此说明,在病毒蛋白水平上,突变体材料与野生型材料相比TuMV病毒蛋白积累量明显下降。结合上述其他鉴定指标,可见通过CRISPR-Cas9创制的甘蓝型油菜Westar突变体bneif2b-1和bneif2b-2,与野生型材料相比TuMV抗性明显增强。
综上所述,本发明阐明了一种通过基因编辑技术创制抗TuMV甘蓝型油菜新种质的方法,通过对隐性抗性基因BneIF2Bβ外显子区域进行基因编辑,快速获得纯合稳定遗传的功能丧失型突变体,该材料对TuMV抗性明显增强,即抗TuMV的甘蓝型油菜新种质,在分子基础研究和群体改良育种中兼具重要的应用潜力。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
序列表
SEQ ID NO.1:
BnaeIF2Bβ基因(BnaC01T0437600WE)DNA序列,标注下划线为外显子序列,标注斜体为sgRNA靶点位置,标注斜体且加粗为PAM序列。
SEQ ID NO.2:
基因编辑靶点1
GTGCTACAGCAGCTGTGGCG
SEQ ID NO.3:
基因编辑靶点2
GGGAACTCCTGAGTCTGCGA
SEQ ID NO.4:
克隆引物BsF
ATATATGGTCTCGATTGTGCTACAGCAGCTGTGGCGGTT
SEQ ID NO.5:
克隆引物F0
TGTGCTACAGCAGCTGTGGCGGTTTTAGAGCTAGAAATAGC
SEQ ID NO.6:
克隆引物R0
AACTCGCAGACTCAGGAGTTCCCAATCTCTTAGTCGACTCTAC
SEQ ID NO.7:
克隆引物BsR
ATTATTGGTCTCGAAACTCGCAGACTCAGGAGTTCCCAA
SEQ ID NO.8:
菌落PCR和测序引物U626-IDF
TGTCCCAGGATTAGAATGATTAGGC
SEQ ID NO.9:
菌落PCR和测序引物U629-IDF
TTAATCCAAACTACTGCAGCCTGAC
SEQ ID NO.10:
菌落PCR和测序引物U629-IDR
AGCCCTCTTCTTTCGATCCATCAAC
SEQ ID NO.11:
基因编辑检测特异性引物A1-F
CTGGTCGCTGCTAATCCTGT
SEQ ID NO.12:
基因编辑检测特异性引物A1-R
TCCACATCCCACCAGTTACC
SEQ ID NO.13:
qPCR检测引物qPCR-TuMV_CP-F
CTGATTACGAACTGACGGAGGACA
SEQ ID NO.14:
qPCR检测引物qPCR-TuMV_CP-R
CACCCACATTCCGTTTATGTTCGG
SEQ ID NO.15:
qPCR检测引物qPCR-25S-F
CGGTTCCTCTCGTACTAGGTTGA
SEQ ID NO.16:
qPCR检测引物qPCR-25S-R
CCGTCGTGAGACAGGTTAGTTTT
Claims (7)
1.一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,其特征在于:通过对甘蓝型油菜BneIF2Bβ基因CDS区域进行基因编辑,造成其DNA序列移码突变,导致蛋白翻译提前终止,进而获得功能缺失型突变体材料,表现出芜菁花叶病毒抗性增强。
2.根据权利要求1所述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,其特征在于:通过CRISPR-Cas9技术,利用生物自身DBS内源修复机制,引入BneIF2Bβ基因的DNA序列,引起该基因内片段的插入或缺失。
3.根据权利要求2所述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1)、sgRNA靶点选择和引物设计
根据sgRNA靶点设计原则,在BneIF2Bβ基因靠近5’端外显子区域内,选取PAM序列前20bp作为靶点,第一个碱基强制变为G;共设计2个靶点,将靶点序列复制到引物骨架上,原则为1个靶点序列复制替换引物F0和引物BsF中的20ntN,另1个靶点序列反向互补后替换引物R0和引物BsR中的20nt N;
靶点序列如下:
Target1:5’-GNNNNNNNNNNNNNNNNNNN-NGG-3’
Target2:5’-GNNNNNNNNNNNNNNNNNNN-NGG-3’
步骤(2)、重组载体构建和农杆菌转化
利用中间载体pCBC-DT1T2为模板,BsF/BsR和F0/R0进行4引物PCR扩增,产物纯化后与限制性内切酶BsaI-HF、T4连接酶和基因编辑载体构建Golden Gate反应体系,所得连接产物转化大肠杆菌感受态DH5α,挑取单克隆,摇菌,抽提质粒并测序,测序结果正确的质粒转化农杆菌GV3101;
步骤(3)、甘蓝型油菜遗传转化
选择TuMV感病的甘蓝型油菜品种,以子叶为外植体利用农杆菌介导法进行遗传转化,卡那霉素抗生素筛选后获得再生植株。
4.根据权利要求3所述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,其特征在于,引物序列如下:
BsF:ATATATGGTCTCGATTGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGTT
F0:TGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGTTTTAGAGCTAGAAATAGC
R0:AACNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCAATCTCTTAGTCGACTCTAC
BsR:ATTATTGGTCTCGAAACNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCAA。
5.根据权利要求3所述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
步骤(4)、基因编辑检测
再生苗取样抽提得到待测DNA;首先设计基因编辑载体特异性引物扩增待测DNA,检测载体是否成功导入;后续在目标基因靶点附近设计特异性引物进行PCR扩增后送测序,检测是否发生基因编辑和具体编辑类型;
步骤(5)、TuMV抗性鉴定
发生基因编辑的再生苗自交至纯合后进行TuMV抗性鉴定;具体鉴定指标为接种TuMV后植株发病表型统计,qPCR鉴定TuMV_CP表达量和Western blotting鉴定TuMV_CP蛋白积累量;综合所有指标表征,相比野生型材料,基因编辑材料的TuMV抗性显著增强。
6.权利要求1-5任一项所述的通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法在创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质中的应用。
7.BneIF2Bβ基因在创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质中的应用,其特征在于,采用CRISPR-Cas9系统对BneIF2Bβ基因进行基因编辑,进而获得抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311833785.6A CN117866978A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311833785.6A CN117866978A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117866978A true CN117866978A (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=90591298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311833785.6A Pending CN117866978A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117866978A (zh) |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311833785.6A patent/CN117866978A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2019297209B2 (en) | Method of obtaining multi-leaf alfalfa material by means of MsPALM1 artificial site-directed mutant | |
Tripathi et al. | Efficient regeneration and transformation of plantain cv.“Gonja manjaya”(Musa spp. AAB) using embryogenic cell suspensions | |
CN109234310B (zh) | 快速获得无转基因基因编辑植株的重组载体及使用方法 | |
WO2020248971A1 (en) | Maize gene zmravl1 and functional site and use thereof | |
CN109234288B (zh) | 油菜BnA9-2基因在提高油菜角果抗裂性中的应用 | |
US11692200B2 (en) | Method for improving rice yield and/or rice blast resistance and protein used thereof | |
CN115976040A (zh) | 本氏烟NbTSG101基因在调控植物抗病毒中的应用及转基因植物培育方法 | |
CN113583099B (zh) | 培育苜蓿雄性不育系及相应保持系的方法及其相关生物材料 | |
US11365423B2 (en) | Method of obtaining multileaflet Medicago sativa materials by means of MsPALM1 artificial site-directed mutants | |
US5589613A (en) | Carnation plants and methods for their transformation and propagation | |
CN110819639A (zh) | 烟草低温早花相关基因NtDUF599及其应用 | |
CN116103331B (zh) | SlGATA22基因在提高番茄植株抗寒和抗病性中的应用 | |
WO2023098481A1 (zh) | 甘薯IbSAP15基因在调控甘薯叶型与花型中的应用 | |
CN116694650A (zh) | 兰花yuc6基因及其在改变植物性状的应用 | |
JP4228044B2 (ja) | シバ属植物の再分化植物体及び形質転換植物体 | |
WO2021131628A1 (ja) | トマト黄化えそウイルス抵抗性のナス科植物、ナス科植物細胞、及びナス科植物の作出方法 | |
CN117866978A (zh) | 一种通过基因编辑技术创制抗芜菁花叶病毒病甘蓝型油菜新种质的方法及应用 | |
WO2007061146A1 (en) | A method for producing chinese cabbage transformant using tissues of flower stalk and a transformant with promoted soft rot resistance obtained from the method | |
CN114181966A (zh) | 一种基于Zm00001d008708基因创制玉米矮化材料的方法 | |
CN117126879B (zh) | 番茄SlSUVH1基因在调控植物抗病毒中的应用及转基因植物培育方法 | |
CN114150014B (zh) | 一种基于ZmEMF2b/2-2基因创制玉米矮化材料的方法 | |
CN114231556B (zh) | GmECT2在调控植物高度方面的应用 | |
CN114107371B (zh) | 黄瓜绿斑驳花叶病毒基因介导转基因烟草方法 | |
CN117802154A (zh) | 一种通过基因编辑技术创制抗黄瓜绿斑驳花叶病毒病植物新种质的方法及其应用 | |
KR101925466B1 (ko) | 토마토잎말림방글라데시바이러스 베타 위성 dna를 접종할 수 있는 감염성 클론 및 이의 용도 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |