植物遗传学家开发了CRISPR的新应用 以打破作物的产量障碍

冷泉港实验室(CSHL)的科学家们利用了尚未开发的基因组编辑能力来改善农作物。以番茄为例，他们动员了CRISPR / Cas9技术，以快速生成植物的变体，展示了三个独立的，农业上重要的特征的广泛连续性：果实大小，分枝结构和整体植物形状。所有这些都是决定植物产量的主要因素。该方法适用于所有食品，饲料和燃料作物，包括主食大米，玉米，高粱和小麦。

“随着人口的增长，目前的作物产量增加率不会满足地球未来的农业需求，”负责该研究的CSHL教授Zachary Lippman说。“最严重的限制之一是大自然没有为育种者提供足够的遗传变异，特别是对于可能涉及数十种基因的主要产量性状。我们的实验室现在使用CRISPR技术产生新的遗传变异，可以加快作物改良，同时使其结果更具可预测性。“

今天发表在Cell上的研究小组的实验涉及使用CRISPR“剪刀”在三个番茄基因组序列中进行多次切割，称为启动子 - 相关基因附近的DNA区域有助于调节这些“产量”的时间，地点和水平“基因在生长过程中是活跃的。通过这种方式，在每个监管区域内产生多组突变，科学家们能够在三种目标性状中的每一种中诱导广泛的变化。

“我们用每种特性证明了这一点，”Lippman解释说，“是否有能力使用CRISPR产生新的遗传和性状变异，育种者可以根据条件调整植物的种类。现在，每种性状都可以通过以下方式控制：调光开关控制一个灯泡。“

通过使用CRISPR来突变调控序列 - 相关“产量”基因的启动子而不是基因本身 - CSHL团队发现它们可以对数量性状产生更微妙的影响。微调基因表达而不是删除或灭活它们编码的蛋白质最有可能使商业化农业受益，因为这种遗传变异提供了改善产量性状的灵活性。

“传统育种需要花费大量的时间和精力来使相关基因的有益变体适应最佳品种，每年必须不断改进，”Lippman说。“我们的方法可以通过直接生成和选择控制基因活动的最理想变体来帮助绕过这种限制，这些变异有利于繁殖。我们现在可以使用原生DNA并增强自然提供的功能，我们相信可以帮助打破收益率障碍。“

每个突变区域都会产生所谓的数量性状基因座(QTL)。在任何给定的植物中，QTL在数千年中自然产生，这是自发突变的结果，其导致产量性状的细微变化。几个世纪以来，从自然界中寻找和利用QTL一直是植物育种者的目标，但最有价值的QTL - 那些导致性状微妙变化的QTL - 是罕见的。Lippman和他的团队现在已经证明，CRISPR产生的QTL可以与现有的QTL结合，创造出超出自然界发现的遗传变异的“工具包”。