基因编辑新技术恢复籼稻敏感品种的三酮类HPPD除草剂抗性

近日，中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部基因编辑重点实验室（海南）朱健康院士团队牵头利用新型基因编辑技术GRAND editing在水稻基因组中实现了DNA片段的精准敲入和替换，恢复了籼稻敏感品种的三酮类HPPD除草剂抗性，为利用新型基因编辑技术创制新型种质提供了应用实例，为水稻和其它农作物重要基因功能分析和遗传改良提供了重要技术支撑。11月23日，相关成果在《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》在线发表。

三酮类HPPD除草剂因其新颖的作用机制可以有效防治多种抗性杂草，在农田杂草防控中不断推广使用。人们在生产实践中发现，粳稻品种耐受三酮类HPPD除草剂，而部分籼稻品种则表现出敏感症状，原因是HIS1基因在编码区缺失28 bp（Science, 2019）。我国杂交水稻工程中心的科研团队对国内常用的籼稻育种资源进行了大规模的群体分析，发现HIS1基因失效广泛出现在包括常规品种、不育系、恢复系等不同类型的材料中，因此HPPD类除草剂在籼稻产区推广使用存在巨大风险，危及国家粮食生产安全。

研究团队以对HPPD类除草剂敏感的优良籼稻品种S1035为材料，利用优化的GRAND editing技术对其his1位点缺失的28 bp片段进行定点插入，修复成功率为11.5%；同时，对另一个his1缺陷型品种明恢86也进行了修复，修复成功率达到15.5%。T1代无外源基因编辑植株表现出正常的三酮类HPPD除草剂抗性。这些结果表明GRAND editing技术可以快速提高籼稻敏感品种对HPPD类除草剂的抗性。另外，该研究还测试了GRAND editing技术对水稻内源基因短片段进行定点替换，从而引入草甘膦抗性突变或创造矮化种质，均取得了较高的成功率。该研究展示了GRAND editing在植物基因组中高效插入或替换DNA片段的潜能，为水稻和其它农作物重要基因功能分析和遗传改良提供了重要技术支撑。

农业农村部基因编辑重点实验室（海南）朱健康院士为文章通讯作者，作科所为文章第一单位，本研究得到了中国农科院南繁专项、国家自然科学基金等资助。