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南京林业大学在非转基因早花杨树培育领域取得重要进展
学院新闻 2025年07月23日 10:55 浏览量:

     近日,我校中国工程院院士曹福亮教授团队程强课题组在《Plant Physiology》发表题为《Generation of transgene-free homozygous early-flowering poplar via cytosine base editing》的研究论文,成功创制出无转基因插入、表型稳定的早花杨树纯合突变体,为林木基因编辑育种提供了关键技术支撑。

聚焦产业需求,破解杨树基因编辑难题

      杨树(Populus spp.)是全球重要的生物质资源。但由于其较长的幼年期,加之现有基因编辑方法多依赖外源基因稳定整合,造成了两个现实障碍:一是传统CRISPR/Cas系统需插入外源DNA,易引发公众对转基因的担忧,同时面临严格的监管;二是杨树无法像一年生作物那样通过遗传分离获得非转基因后代,这一特性制约了其精准育种进程。

创新路径,打造非转基因早花杨树突变体

      针对上述难题,课题组开发出一套基于胞嘧啶碱基编辑(CBE)的高效技术路径:仅通过5个位点的碱基替代,在不引入外源DNA的前提下,同时编辑乙酰乳酸合酶(ALS)和开花调控基因 CEN1,成功获得纯合突变、稳定早花、无外源基因插入的杨树植株。

研究中的关键技术创新包括:

1. 编辑器优化:对APOBEC3A Y130F–Cas9D10A–UGI序列进行改造,使其更适应杨树密码子使用偏好;

2. 转化体系升级:采用营养缺陷型农杆菌 EHA105metA−,并通过降低甲硫氨酸浓度、延长共培养时间至20天,提升编辑元件表达效率;

3. 结果精准验证:通过全基因组重测序(176–246×)确认,突变体中无T-DNA插入,靶向位点突变准确,且潜在脱靶位点未发现异常。

从瓶中到土壤,早花性状稳定

      实验中,研究人员首先以山新杨为材料,利用靶向PdbALS1 和 PdbALS2 的sgRNA进行编辑,获得40%的无转基因氯磺隆抗性植株;移栽后,突变体在500 μg/L氯磺隆处理下保持稳定抗性。随后联合PdbCEN1PdbCEN2 sgRNA共编辑,在45株氯磺隆抗性植株中筛选出无转基因的 cen1 纯合突变体,该突变体瓶中培养一个月后表现出典型早花特征,移栽至土壤两个月后,新生枝条仍持续早花。



拓展应用前景,服务林业高质量发展

      本研究在无任何外源DNA插入的前提下,实现了农艺性状关键基因的精准共编辑,仅通过5个位点的碱基替换便获得了稳定的早花表型。在当前转基因林木监管严格、而非转基因编辑林木尚缺乏明确政策指引的背景下,该研究提出了一种具有合规潜力的林木遗传改良新策略。

      论文第一作者为南京林业大学林草学院博士研究生邬玲(本硕博均就读于本院),通讯作者为程强教授,南京林业大学为第一完成单位。研究获得农业生物育种国家科技重大专项(2023ZD0405601)资助,特此感谢黄敏仁教授和薛良交教授的关键指导与重要贡献。

      论文链接: https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf290



(文/图/程强  审核/陈金慧、曹福亮)

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