aBIOTECH | 谢卡斌团队通过引入C末端移码突变获得可育和可遗传的MAPK/RLK基因敲除突变体

功能缺失突变体是基因功能研究的基础资源。在过去的十年中，CRISPR/Cas9基因组编辑已然成为靶向基因敲除的常规遗传工具。然而一些关键基因很难通过CRISPR/Cas9产生可育和可遗传的敲除突变体。蛋白激酶是细胞信号转导的基本组成部分，其中包括许多对植物生长发具有重要调控作用的基因。这些基因的缺失会导致植物表现出严重的生长发育缺陷并导致其无法产生后代。因此，对于这些重要基因构建敲除突变体并获得可遗传的后代对解析植物生长发育、胁迫免疫等信号网络是十分重要。

近日，华中农业大学植物科学技术学院谢卡斌课题组在aBIOTECH发表了题为“C-terminal frameshift mutations generate viable knockout mutants with developmental defects for three essential protein kinases”的研究论文,建立了一种通过引入C末端移码突变获得可育和可遗传的水稻关键基因敲除突变体的方法。

在植物基因组编辑过程中，CRISPR/Cas9通常用于在目标基因的起始密码子附近或编码保守蛋白结构域的外显子内进行编辑并引起移码突变。但由于CRISPR/Cas9基因组编辑的高效性，一些致死基因的突变体很难产生可遗传的种子。作者前期研究中发现敲除致死基因OsMPK1，无法获得可育以及可遗传的敲除突变体，并且至少有20个水稻RLK/RLCK基因的敲除突变体表现出发育缺陷，通过CRISPR/Cas9基因编辑突变N端序列也未能获得可育及可遗传的敲除突变体。

本研究通过靶向编辑致死基因OsMPK1的C末端序列，成功获得一些弱突变体。这些弱突变体表现出严重的发育缺陷并提高了水稻对稻瘟病菌的抗性，以及产生了数十个可存活且遗传了突变的种子。使用相同的C末端编辑的方法，还获得了一个细胞壁连接的类受体激酶（WAK）和一个富含亮氨酸重复类受体激酶（LRR-RLK）的可存活突变体并产生可遗传的种子。这些数据表明，通过在蛋白激酶C末端引入移码突变可以降低其活性，这为基因功能研究提供了有价值的资源，并为信号通路中蛋白激酶活性的调控提供了方法。

图1 靶向编辑OsMPK1、WAK R942、LRR-RLK R753的C端序列

华中农业大学植物科学技术学院博士研究生张芸为本文第一作者，谢卡斌教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

引用本文：Zhang, Y., Cui, MM., Ke, RN. et al. C-terminal frameshift mutations generate viable knockout mutants with developmental defects for three essential protein kinases. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00165-5

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