利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除OsBADH2基因成功赋予籼稻品种IR-64巴斯马蒂香气

《Plant Physiology Reports》：Targeted disruption of OsBADH2 induces basmati aroma in the popular indica rice variety IR-64 using CRISPR/Cas9

本研究旨在解决非香型水稻品种IR-64缺乏香气的问题。研究人员利用CRISPR/Cas9技术靶向敲除OsBADH2基因，成功在T0和T1代编辑株系中诱导出2AP芳香物质，并观察到GABA含量显著降低，表明基因编辑功能成功。尽管编辑株系出现产量相关性状下降，但该研究为重要商品性状的精准引入提供了成功范例。

　　

水稻作为全球半数人口的主要粮食，是重要的营养来源。印度是全球第二大水稻生产国和消费国。稻米香气被视为最重要的性状之一，因其是决定市场价格的关键因素，并与地方及国家认同感相关。香气合成的遗传基础在水稻中已得到充分探索，其受控于甜菜碱醛脱氢酶2基因(betaine aldehyde dehydrogenase 2, OsBADH2)的隐性突变，该突变导致2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline, 2AP)的合成。然而，诸如IR-64等非香型水稻品种携带的是功能正常的OsBADH2基因。

因此，为了在IR-64中诱导香气，研究人员采用了CRISPR/Cas9工具来敲除OsBADH2基因。他们将靶向OsBADH2的单向导RNA(single guide RNA)克隆到pRGEB31载体中，并通过农杆菌(Agrobacterium)介导的转化方法将其导入IR-64。研究人员获得了多个转基因株系，并在T₁代对其进行了靶向突变和非靶向（脱靶）突变的基因分型分析。在T₁代编辑株系中未检测到脱靶活性。对芳香挥发物的分析表明，T₀和T₁代编辑株系的籽粒中诱导产生了2AP。此外，还观察到γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)含量显著下降，这表明基因编辑在功能上是成功的。然而，对OsBADH2编辑的T₁代株系进行的农艺性状表征显示，其产量相关特性有所降低。总之，这项研究成功建立了一种基因组编辑方法，可在IR-64水稻品种中诱导具有商业重要性的香气性状，并评估了基因编辑IR-64株系的产量相关性状。