中国农业科学|沈阳农业大学水稻研究所与中国水稻研究所联合完成利用 CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性

水稻是重要的粮食作物，世界一半以上的人口以水稻为主食。因此，保证水稻的产量对国家的粮食安全至关重要。穗发芽是指还没收获的种子在植株上发芽的现象，水稻在高温高湿的环境下尤其容易发生穗发芽，每年有大约5%的常规稻种植区域会发生穗发芽现象，对水稻的产量和品质造成巨大的损失。种子休眠是指活力正常的种子在适宜的环境里一段时间内不发芽的现象，适当的休眠可以很好地抑制穗发芽现象，因此，研究水稻种子休眠调控的基因，挖掘休眠的分子机制，对培育抗穗发芽品种，保证水稻的产量和品质至关重要。

近期，沈阳农业大学水稻研究所与中国水稻研究所联合完成的题为“利用 CRISPR/Cas9 技术编辑 MODD 增强水稻休眠性”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷2期正式发表。

根据 RGAP 数据库公布的基因序列，构建MODD的CRISPR-Cas9 敲除载体， 通过农杆菌介导的遗传转化方法转化中花 11（ZH11）愈伤组织，从而获得水稻转基因植株；利用 PCR 扩增、测序技术及 qRT-PCR 技术筛选并鉴定MODD 敲除纯合系；根据 2 个突变系（KO-1 和 KO-2）的 CDS 得到突变系的氨基酸序列，然后，用 DNAMAN 对比 ZH11 和 2 个突变系（KO-1 和 KO-2）的蛋白序列；利用 Linux 系统筛选出MODD 在水稻中的同源基因；取开花后 35 d 的种子，调查 ZH11 和敲除系的发芽率；利用酵母单杂和 LUC 试验验证 MODD 的上游基因。

 modd 突变系鉴定 

查找到水稻中有 6 个 MODD 的同源基因，分别为 LOC_Os07g41160、LOC_Os03g30570、LOC_Os03g53630、LOC_Os04g35430、LOC_Os03g17050 和 LOC_Os06g01170； 成功构建了敲除载体，并转入 ZH11 中，获得 2 个纯合突变系（KO-1 和 KO-2）。qRT-PCR 结果表明，2 个突变系（KO-1 和 KO-2） 的 MODD 表达量显著降低；蛋白序列分析表明，KO-1 和 KO-2 的移码突变造成了蛋白翻译的提前终止。

modd 突变系的发芽表型

发芽率结果显示，2 个突变系（KO-1 和 KO-2）的发芽率在吸水第 3 天比 ZH11 分别显著降低了15%和 15%；之后差异逐渐扩大，在第 6 天差异达 到最大，比 ZH11 分别显著降低 35%和 35%；2 个突变系（KO-1 和 KO-2）的穗发芽现象显著低于 ZH11。

ABI5 激活 MODD 的表达

酵母单杂试验结果表明，在酵母中，ABI5 可以结合MODD 的启动子区域，并且进一步把结合范围缩小至300 bp 以内；LUC 结果显示，加入 ABI5 的荧光值是单独加 NONE 空载荧光值的 2.6 倍，说明 ABI5 可以激活 MODD 的表达。

敲除 MODD 可以增加种子的休眠，MODD 可能通过 ABA 信号途径调控种子休眠。

该文章获得国家自然科学基金（31871597）、浙江省农业新品种选育科技重大专项（2021C02063-2）、中国水稻研究所重点研发计划（CNRRI-2020-02）

论文链接：

利用 CRISPR/Cas9 技术编辑 MODD 增强水稻休眠性

引用本文：

郭乃辉, 张文忠, 圣忠华, 胡培松. 利用CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 227-235.

GUO NaiHui, ZHANG WenZhong, SHENG ZhongHua, HU PeiSong. CRISPR/Cas9-Mediated Editing of MODD Enhances Rice Dormancy[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(2): 227-235.