自古以來，農(nóng)業(yè)實踐實質(zhì)上是把自然存在的物種馴化與“改良”成符合人類需求的生產(chǎn)或生活資料。因此，挖掘作物的符合人類新需求的類型一直是農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展目標(biāo)。禾本科作物玉米作為C4植物，具有高光合效率特性，將太陽能轉(zhuǎn)化成淀粉，已成為當(dāng)前世界上種植面積與產(chǎn)量*大糧食作物。利用玉米高產(chǎn)與廣適性優(yōu)點，圍繞淀粉代謝途徑開發(fā)更多更符合人類需求的品種類型，進(jìn)一步挖掘其系列功能與用途岐化產(chǎn)品，具有重要的意義與價值。

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所與安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)制超甜、糯與超甜糯復(fù)合型鮮食玉米育種技術(shù)，該研究克服了傳統(tǒng)超甜與糯性玉米育種中僅通過回交導(dǎo)入少數(shù)已發(fā)現(xiàn)的自然突變的局限，并同時解決了同一代謝途徑中上游基因?qū)ο掠位蛏衔恍孕?yīng)對育種選擇的困擾，為高效培育超甜玉米、糯玉米、以及甜糯復(fù)合型玉米品種提供了新的技術(shù)策略，相關(guān)成果以“Super-sweetand waxy: meeting the diverse demands for specialty maize by genomeediting” 為題發(fā)表于國際主流學(xué)術(shù)生物技術(shù)期刊《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。

　　玉米光合同化機(jī)制把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能合成的單糖與寡糖運輸?shù)阶蚜Ｅ呷榧?xì)胞質(zhì)并在蔗糖合酶和和脲苷二磷酸（UDP）葡萄糖焦磷酸化酶作用下水解形成1-磷酸葡萄糖，之后在腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）作用下生成淀粉合成的主要底物腺苷二磷酸葡萄糖（ADP-Glucose），Shrunken2（SH2）基因編碼AGPase大亞基，位于淀粉合成途徑的上游，對下游基因具有上位效應(yīng)，突變導(dǎo)致籽粒胚中可溶性糖積累，形成超甜表型，是超甜型玉米育種主要目標(biāo)基因（Greene,T.andHannah,L，1998）。WX基因編碼顆粒結(jié)合型淀粉合成酶（GBSSI），催化生成直鏈淀粉，該酶失活將導(dǎo)致直鏈淀粉合成途徑受阻，在籽粒胚乳與花粉中主要生成支鏈淀粉（Shure,M，1983）。該研究構(gòu)建同時靶向玉米WX與SH2基因的CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，在后代中高效分離SH2與WX單基因與雙基因突變的突變系，從而實現(xiàn)超甜玉米與糯玉米材料的高效創(chuàng)制，同時，利用玉米單交種特性將雙隱性突變（sh2sh2wxwx）系與單隱性突變（SH2SH2wxwx）雜交，驗證了超甜與糯性復(fù)合型玉米的玉米育種途徑。表型鑒定結(jié)果表明，WX基因單隱性突變系（SH2SH2wxwx）支鏈淀粉含量超過96%，雙隱突變系（sh2sh2wxwx）與單隱突變系（sh2sh2）授粉22天后籽?？扇苄蕴呛砍^鮮重10%；進(jìn)一步將創(chuàng)制的雙隱突變（sh2sh2wxwx）株系與單隱突變（SH2SH2wxwx）株系進(jìn)行雜交，該F1果穗上同時具有超甜型籽粒（sh2sh2wxwx）和糯性籽粒（SH2-wxwx），且經(jīng)鑒定超甜籽粒和糯性籽粒具有1∶3分離比，為穗上甜糯1∶3復(fù)合型鮮食玉米品種，其可溶性糖含量顯著（p<0.05）高于糯性單隱突變。因此，能夠滿足人們對超甜與糯性復(fù)合風(fēng)味的鮮食玉米的需求。該研究為通過基因編輯創(chuàng)制鮮食玉米提供了范例，該策略還可拓展到su1、su2、sh1、sh2、sh4、bt1、bt2等諸多基因的利用當(dāng)中，結(jié)合這些突變將可培育具有不同甜糯表型分離比的特用雜交種品種。

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所2015級碩士董樂和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)2016級博士生祁顯濤為本文共同*作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所謝傳曉研究員、毛龍研究員及安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)程備久教授為通訊作者。該研究得到了北京市科委重大項目、廣東省重大研究計劃與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目資助。

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