辣椒 (Capsicum annuum L.) 是世界范围内种植最广泛的蔬菜和香料作物之一，在我国是种植面积最大、产值最高的蔬菜作物。近年来，研究人员运用基因组学和正向遗传学 (图位克隆、QTL定位、GWAS) 方法，鉴定了众多与辣椒重要农艺性状相关的遗传位点。然而，受限于其遗传转化顽拗特性，辣椒功能基因组研究和重要性状形成机制和调控网络解析严重滞后于主要农作物和其他大宗蔬菜。此外，辣椒基因组庞大 (超过3G) 、结构复杂，利用常规手段挖掘和转育控制优异农艺性状的等位基因所需的研发周期漫长。CRISPR/Cas基因组编辑技术已发展成为植物生物学研究的利器，在作物性状精准改良方面也均展现出了巨大的应用前景。然而，当前CRISPR/Cas元件在植物中的递送主要依赖于稳定转化，严重限制了基因编辑技术在辣椒等难以转化作物的基础研究和遗传改良实践中的应用。近日，JIPB在线发表了浙江大学李正和团队课题组题为“Efficient and transformation-free genome-editing in pepper enabled by RNA virus-mediated delivery of CRISPR/Cas9”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13741)。该研究基于作者团队前期建立的番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt virus, TSWV）介导的CRISPR/Cas核酸酶瞬时递送系统 (Liu et al., 2023)，进一步在辣椒中建立了一种高效、无转基因的基因编辑技术。 论文作者以果实朝向和辣味程度等性状显著不同的两个辣椒品种——全基因组测序的“遵辣1号”和商业品种“杭椒9号” ——作为试验材料，利用携带Cas9和sgRNA的TSWV载体通过摩擦接种侵染辣椒幼苗，在靶点处检测到了高频率的体细胞编辑。以病毒系统侵染的辣椒叶片组织作为外植体，在无抗性筛选标记的培养基上诱导产生了大量再生植株 (M0代)。整个组培周期约为75到130天，再生植株未发生染色体倍性变化。基因型分析表明，再生植株中携带靶向突变的比例可高达77.9%，其中双等位突变植株占比可高达62.8%。再生植株子代 (M1代)基因型和表型分离分析表明，M0代植株中双等位突变、单等位突变类型以孟德尔遗传方式传递至M1代，而部分嵌合突变类型也可以传递至子代 (图 1)。该研究通过病毒瞬时递送系统避免了稳定遗传转化，利用已建立的辣椒组织培养方案高效获得了无转基因、可稳定遗传的辣椒突变体植株，解决了基因编辑技术难以应用于辣椒的技术瓶颈，为辣椒基因功能研究和品种遗传改良提供了技术支撑，同时也为其他遗传转化困难的作物实现基因组编辑提供了新策略。![]()
图1. RNA病毒瞬时递送系统介导的无转化辣椒基因编辑浙江大学农业与生物技术学院李正和教授为该论文通讯作者，赵承露博士后为第一作者，浙江理工大学廖乾生副研究员也参与了该工作。浙江大学周雪平教授团队和余小林教授对本研究提供了重要指导和帮助。该研究得到了国家重点研发计划和国家资助博士后研究人员计划资助。
Liu, Q., Zhao, C., Sun, K., Deng, Y., Li, Z. (2024). Engineered biocontainable RNA virus vectors for non-transgenic genome editing across crop species and genotypes. Mol. Plant 16:616-631.
Zhao, C., Lou, H., Liu, Q., Pei, S., Liao, Q. and Li, Z. (2024). Efficient and transformation-free genome editing in pepper enabled by RNA virus-mediated delivery of CRISPR/Cas9. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13741JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、简讯、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物科学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于植物科学TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
