Nature Genetics | 通过基因编辑修复番茄有害驯化突变

学术   2025-01-04 07:31   湖北  


番茄的驯化历史可以追溯到史前时期,随着人类的迁移和农耕文明的发展,野生番茄逐渐被驯化成适合人类食用的栽培番茄。然而,在驯化过程中,番茄也产生了一些有害的突变,如抗逆性降低、产量和品质下降等。这些突变限制了番茄的种植范围和食用价值,因此需要通过基因编辑等手段进行修复。基因编辑技术是一种革命性的生物技术,它允许科学家对生物体的基因组进行精确修改。通过基因编辑技术,可以定位并修复导致番茄有害突变的基因。例如,如果某个基因突变导致了番茄对盐碱或病虫害的敏感性增加,那么科学家可以使用基因编辑技术将该基因恢复到其野生型状态,从而恢复番茄的抗逆性。


近日Anna N. Glaus团队在Nature Genetics上发表了一篇题为“Repairing a deleterious domestication variant in a floral regulator gene of tomato by base editing”的研究性论文。研究人员为了消减番茄驯化过程中积累的有害突变,通过研究比较野生番茄、地方品种和驯化番茄的基因组,发现了调控番茄开花的有害突变SSP2,利用基因编辑技术成功修复了该有害突变,并验证了其在开花调控中的功能。


该团队通过染色体级别的基因组组装,对82个番茄基因组(包括野生种、地方品种和驯化品种)进行了比较分析,并鉴定出了在野生番茄基因组中几乎不存在,但在地方品种和驯化品种番茄中广泛存在的SSP家族基因Solyc02g061990(SSP2)。


该团队分析表明番茄中的SSP2基因与拟南芥的开花调控基因SSP同源,具有相似的表达模式。此外,研究发现驯化番茄SSP2的DNA结合结构域中存在丝氨酸到苯丙氨酸(S169 到 F169)的保守残基错义突变。


通过结构建模和DNA亲和纯化测序(DAP-seq)分析,研究发现SSP2的突变对其转录因子功能产生了影响。


接着,研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术揭示了SSP和SSP2在促进生殖生长转换过程中具有部分功能冗余。


最终,研究团队利用融合了无PAM限制的Cas9变体SpRY的ABE8e基因编辑系统,成功修复了SSP2中的有害突变,并培育出了株型紧凑且早熟的番茄新品种。

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41588-024-02026-9



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