CRISPR/Cas9介导OsDREB1C基因敲升技术实现水稻产量提升与品质保障

为解决水稻产量提升与品质保障的平衡难题，中国水稻研究所团队通过CRISPR/Cas9技术对OsDREB1C基因进行启动子置换（Promoter swap），成功创制出无外源基因的基因组倒位突变体。该研究使水稻单株产量提高21-28.33%，且稻米品质未受影响，为作物精准育种提供了新策略。

　　

水稻作为全球半数人口的主粮，其产量与品质的协同提升是育种领域的核心挑战。传统转基因技术虽能引入优良性状，但存在外源基因随机插入导致的表达不稳定问题，而常规CRISPR/Cas9基因敲除技术对正向调控基因的改造效果有限。中国水稻研究所团队另辟蹊径，选择OsDREB1C——一个已知能同时增加粒重和粒数的关键转录因子作为靶点，通过创新性地设计基因组结构变异（SV）策略，实现了内源基因的精准调控。

研究团队首先通过生物信息学分析锁定与OsDREB1C相距209.11 kb的组蛋白基因OsH1，两者在染色体上呈反向排列且OsH1启动子活性显著更高。利用双sgRNA引导CRISPR/Cas9分别在OsDREB1C和OsH1的5'UTR区域切割，成功诱导染色体片段倒位，使OsDREB1C获得强启动子驱动。该技术的关键突破在于：通过原生质体瞬时表达验证编辑效率（6.06%阳性愈伤组织率），经农杆菌转化获得43.33%阳性T₀代植株，最终筛选出完全去除外源Cas9和潮霉素抗性基因的纯合倒位株系。

分子证据显示，倒位株系中OsDREB1C表达量提升10倍以上，而OsH1表达降至野生型的0.21%，周边基因未受干扰。田间试验数据令人振奋：在杭州和陵水两地，T₂和T₃代突变体单株产量增幅达21-28.33%，每小区增产14.97%，且粒长、穗数、结实率等农艺性状同步改善。尤为关键的是，稻米的垩白度、直链淀粉含量等品质指标与对照无差异，证实了"产量-品质"矛盾的突破。

这项研究开创性地将基因组倒位技术应用于作物改良，其科学价值体现在三方面：一是首次实现CRISPR/Cas9介导的启动子置换（Promoter swap）精准调控内源基因；二是建立了一套可推广的转基因游离（Transgene-free）育种体系；三是为复杂数量性状的遗传改良提供了新范式。该成果发表于《Plant Communications》，为作物分子设计育种提供了理论和技术双重突破，对保障粮食安全具有重要战略意义。