争优争先争效 | 福建农林大学张立武团队在黄麻基因编辑领域取得进展 —福建站

　　黄麻（Corchorus L.；2n = 14）是世界上仅次于棉花的第二大天然纤维来源。黄麻纤维质地柔软，有光泽、纤维强度高、吸水性好、低价格、可再生、易降解的优点，是麻纺工业的重要原料，素有“黄金纤维”的美誉。根据联合国粮农组织的数据，目前全球黄麻纤维年产量为3,422,876吨，产值23亿美元。近年来，黄麻产业发展越来越多样，虽是以纤维为主，但麻菜、麻茶、重金属吸附、盐碱地改良等多功能利用发展迅速。

　　基因编辑技术能够精准地创制具有优良性状的黄麻新种质，因而成为国内外黄麻育种研发领域激烈角逐的核心技术之一。2024年7月10日，福建农林大学联合华中农业大学在The Crop Journal（作物学报英文版）在线发表了题为“Development of an Agrobacterium-mediated CRISPR/Cas9 gene editing system in jute (Corchorus capsularis)（农杆菌介导的黄麻CRISPR/Cas9基因编辑技术体系建立）”的研究论文，作者通过农杆菌介导的毛状根诱导体系和稳定遗传转化体系证实了由GhU6.7启动子组成的CRISPR-Cas9系统可以作为黄麻基因编辑工具。

　　作者通过不同外植体（子叶节、茎尖、下胚轴）、不同菌液浓度（OD600 = 0.5-1.5）与不同侵染时间（10 min-20 min）对毛状根诱导效率进行探索，建立了发根农杆菌K599介导的黄麻转基因毛状根诱导体系。利用该体系，在转基因毛状根中观察到DsRed2和GFP的荧光；在过表达CcC4H1-GFP和CcWRKY70-GFP的转基因毛状根中，观察到与烟草亚细胞定位一致的核荧光和膜定位荧光；通过双分子荧光互补（BiFC）试验验证了蛋白质相互作用（图1）。这些结果证明了在黄麻中建立的毛状根诱导系统，可用于基因超表达、亚细胞定位和蛋白互作等基因功能验证。

　　为了鉴定分别包含棉花GhU6.7和GhU6.9启动子的CRISPR-Cas9系统的基因编辑效率，构建了靶向参与叶绿体发育的CcCLA1（CHLOROPLASTOS ALTERADOS 1）基因2个位点（gRNA1和gRNA2）的基因编辑载体。在毛状根转化体系的基础上，将两个gRNA分别置于GhU6.7和GhU6.9启动子的控制下，以检测这四个载体的打靶效率。PCR检测与Hi-Tom 测序结果表明，在转基因毛状根中，pGhU6.7::sgRNA2-Ubi::Cas9载体打靶效率达50.0%，优于pGhU6.9::sgRNA2-Ubi::Cas9载体（38.5%）；而gRNA1未检测到突变。

　　进一步，以子叶节为外植体，优化了农杆菌菌液OD600值、愈伤组织和芽诱导培养基配方、芽伸长与生根培养基中激素比例等参数，构建了根癌农杆菌GV3101介导稳定黄麻遗传转化体系。将pGhU6.7::sgRNA2(CcCLA1)-Ubi::Cas9通过根癌农杆菌导入黄麻，获得了两个CcCLA1基因突变的白化表型植株，基因编辑效率约为5.3%（图1）。这些发现为黄麻定向基因编辑和精准育种奠定基础。

图1 黄麻毛状根诱导体系的建立及CRISPR/Cas9介导的CcCLA1基因编辑

　　福建农林大学农学院2021级硕士研究生蒋少莲（已毕业）和2021级博士研究生李秦为该文的共同第一作者。福建农林大学张立武教授和华中农业大学金双侠教授为通讯作者。福建农林大学麻类研究室祁建民、方平平、陶爱芬和徐建堂等参与研究。该研究得到国家自然科学基金项目（31771369）、福建省自然科学基金项目（2023J01443）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-16）等经费资助。

　　这是继发表在Plant Biotechnology Journal（2020和2021）、Plant Communications（2024）、Plant Journal（2024）期刊论文的又一力作。研究团队近5年绘制了黄麻参考基因组图谱，制定了黄麻品种DUS测试指南 (NT/T 3738–2020，国家农业行业标准)，突破了黄麻基因组编辑技术瓶颈，解析了黄麻光周期调控开花、韧皮部纤维等重要农艺性状的关键调控基因，为黄麻功能基因组学和生物育种提供技术与支撑。