本技术公开了一种大种粒、高油型甘蓝型油菜的育种方法,所公开的方法包括通过敲除甘蓝型油菜中的BnaWIP2基因,使得BnaWIP2基因突变获得大种粒、高油型甘蓝型油菜。本发明通过同时敲除BnaWIP2基因的6个拷贝,获得具有大种粒、高油的甘蓝型油菜CRISPR/Cas9基因编辑材料,这些基因编辑材料为甘蓝型油菜高油高产品种的选育提供了宝贵的基因资源和种质资源。
背景技术
食用油是关乎国计民生的重要战略物资,是粮食安全的重要组成。当前,我国食用油消费的65%以上依赖进口,国家食用油供给安全隐患突出(严茂林,施文化,周晓亮,等.2023,基于进口视角的我国主要植物油料油脂产业安全研究.中国油料作物学报,45(4):643-653)。油菜是我国的第一大油料作物,常年种植面积约1.2亿亩,是国产食用植物油的第一大来源,占国产油料作物产油量的55%以上,对于保障我国食用油安全具有不可替代的作用(王汉中.2018,以新需求为导向的油菜产业发展战略.中国油料作物学报,40(5):613-617)。但是,我国菜籽平均亩产和菜籽含油量与欧盟、加拿大等国外主产区相比仍有较大差距。
菜籽产油量主要由种子含油量和产量两方面因素决定。研究表明,种子含油量每提升1%相当于产量提升2.5%(李殿荣,郑磊,李少钦.2014,近十三年我国冬油菜新品种单产与含油量的变化分析.种子,33(2):96-100)。种子大小与粒重作为产量构成的重要因素,具有环境稳定性强,遗传力高等优势。因此,协同提升种子大小、粒重和含油量是大幅提升菜籽产油量的重要途径。
锌指蛋白转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育和营养代谢中发挥重要作用(Han G.,Li Y.,Qian Z.,et al.,2021,Advances in theregulation of epidermal cell development by C2H2 Zinc finger proteins inplants.Frontiers in Plant Science,12:754512)。拟南芥AtWIP2属于C2H2锌指蛋白家族转录因子。研究表明,AtWIP2是拟南芥心皮传输束发育所必须的基因,AtWIP2突变会严重影响花粉管的发育,成熟果实的长度比野生型短近30%,种子显著变大,种子数量减少近60%(Crawford B.C.W.,Ditta G.,Yanofsky M.F.2007,The NTT gene is required fortransmitting-tract development in carpels of Arabidopsis thaliana.CurrentBiology,17(13):1101-1108;Marsch-Martínez N.,-Mayo V.M.,Herrera-UbaldoH.,et al.,2014,The NTT transcription factor promotes replum development inArabidopsis fruits.Plant Journal,80:69-81)。AtWIP2的功能获得型突变体以及过量表达AtWIP2均会抑制角果的开裂(Chung K.S.,Lee J.H.,Lee J.S.et al.,2013,Fruitindehiscence caused by enhanced expression of NO TRANSMITTING TRACT inArabidopsis thaliana.Molecular and Cells,35:519-525)。AtWIP2还与MADS-box转录因子AtSTK(SEEDSTICK)相互作用,共同靶标KAWAK基因,并调控细胞壁多糖和脂质沉积相关基因的表达,从而决定植株的生殖能力(Herrera-Ubaldo H.,Lozano-Sotomayor P.,EzquerI.et al.,2019,New roles of NO TRANSMITTING TRACT and SEEDSTICK during medialdomain development in Arabidopsis fruits.Development,146:dev.172395)。此外,研究发现AtWIP2与AtWIP4、AtWIP5冗余介导生长素信号调控拟南芥根尖分生组织的起始(Crawford B.C.W.,Sewell J.,Golembeski G.et al.,2015,Genetic control of distalstem cell fate within root and embryonic meristems.Science,347:655-659)。
甘蓝型油菜作为异源四倍体作物,其基因组比较复杂,同源拷贝较多,不同的同源拷贝之间往往存在基因冗余现象和基因加性效应(Schranz,M.E.,Lysak,M.A.,Mitchell-Olds,T.et al.,2006,The ABC's of comparative genomics in the Brassicaceae:building blocks of crucifer genomes.Trends in Plant Science,11:535-542)。传统的杂交育种耗时长、效率低。诱变育种盲目性大,诱变方向不可控,有利变异少。
实现思路