利用基因组编辑技术提高水稻产量

With the development of next-generation sequencing technology, how to create an efficient method to identify the function of candidate genes in different genetic backgrounds is becoming more and more important in genome-wide association analysis and in genomics-assisted breeding practice. This project aims to develop the Transcription Activator Like Effector (TALE)-based genome editing techniques in rice. We will use the IPA1 locus as a model to develop a practical protocol of genome editing in rice. This project also aims to explore their potential applications in rice genetics and breeding by using genome editing technology to specific regulated of an important yield related gene IPA1. This project will develop an effective method for transferring and assembling important genes to improve rice yield and will pave the way for the success of molecular design breeding.

随着新一代测序技术的发展与基因组测序成本的进一步降低，如何对不同遗传背景下的候选基因的功能进行快速有效的功能鉴定日益成为全基因组关联分析和基因组学辅助育种研究的主要制约因素。在育种实践中如何克服种间生殖隔离的限制以及不良连锁基因对目标位点的影响是实现优良基因的有效转移和聚合的关键，已经成为分子设计育种的重要技术瓶颈。本项目拟在水稻中建立基于TALE的基因组编辑技术，对水稻重要产量基因IPA1位点进行特异性修饰，探索该技术在水稻遗传育种中的应用潜力，开发实现优良基因的有效转移和聚合的新手段，为作物分子设计育种奠定基础。

利用基因组编辑技术可以快速有效地实现目标基因位点突变体的创制和目标基因表达的进行调控，目前已成为基因功能研究和基因治疗重要工具。在育种实践中，利用基因组编辑技术可以克服创制目标性状调控基因的优势等位形式，打破连锁累赘对目标位点的影响，实现优良基因的有效转移和聚合。课题主要研究目标为在水稻中建立基于基因组编辑技术，在水稻中实现目的基因的定点敲除，探讨利用基因组编辑技术调控重要产量控制基因表达来提高水稻产量的可能性。株型塑造是提高水稻单产的重要途径。IPA1基因功能获得突变体植株表现为分蘖数减少、茎秆粗壮、穗粒数和千粒重显著增加的理想株型。为了更好的研究IPA1基因的功能和评估IPA1基因的增产潜力，经过项目实施，我们在水稻中建立了的基因组编辑技术。以IPA1基因为目标，创制了IPA1及其同源基因的功能丧失突变体；构建GS2和GL7等水稻产量和品质相关基因的进行基因组编辑的载体，探索该技术在水稻遗传育种中的应用潜力，为开发实现优良基因的有效转移和聚合的新手段，为作物分子设计育种奠定基础。