利用CRISPCAS9技術(shù)改良水稻YN6的香味品質(zhì)分析研究生物技術(shù)專業(yè)

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1、論文題目： 利用CRISP/CAS9技術(shù)改良水稻YN6的香味品質(zhì) 摘要 稻米的香味品質(zhì)是稻米品質(zhì)的重要內(nèi)容之一。對稻米品種的香味品質(zhì)改良，有利于增加其市場經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究表明，稻米的香味性狀主要由水稻第8染色體上的甜菜堿醛脫氫酶（Betaine Aldehyde Dehydrogenase，OSBadh2）控制。該基因失活使芳香物質(zhì)2-乙?；?1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，2AP）在稻米中大量積累，產(chǎn)生香味。 本次實(shí)驗(yàn)使用了最近幾年新興的定點(diǎn)基因敲除技術(shù)CRISP/CAS9，本實(shí)驗(yàn)通過基因敲除技術(shù)來對北方粳稻品系YN6進(jìn)行改良，通過敲除YN6水稻基因組中OSB

2、adh2基因，改良基因香味品質(zhì)。具體操作結(jié)果如下： 1 實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)了對具有定點(diǎn)敲除功能的CRISP/CAS9載體的構(gòu)建； 2轉(zhuǎn)化CRISP/CAS9載體，獲得了1000個(gè)獨(dú)立抗性愈傷，從中分化出732個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)基因植株。 3 通過對CRISP/CAS9修飾的OSBadh2目標(biāo)位點(diǎn)處的序列進(jìn)行測序分析，從中獲得了兩株發(fā)生了基因編輯。目標(biāo)基因經(jīng)修飾后產(chǎn)生了移碼突變，經(jīng)加代純合后，產(chǎn)生了香味表型。 關(guān)鍵詞 香味基因；CRISP/CAS9；定點(diǎn)突變技術(shù)；轉(zhuǎn)基因 Abstract Fragrance is one of the most sign

3、ificant rice qualities. Improvement of rice fragrance quality will undoubtedly enlarge rice marketing value. Rice fragrance was suggested to be controlled by a betaine aldehyde dehydrogenase (OsBadh2) gene，which is located in rice chromosome 8. The disfunction of this gene will lead to massive produ

4、ction of an aromatic compound 2-acetyl-1-pyrroline (2AP) in rice，which consequently generate rice fragrance phenotype. This study applied a recently developed gene-editing technology，which is mediated by a transcription activator-like effector nuclease (CRISP/CAS9）and is，in result，capable of modify

5、ing the target gene. Through CRISP/CAS9 technology，we successfully disenable the OsBadh2 gene in an elite japonica variety YN6，strongly adding the material the rice fragrance. The main results were concluded as follows: 1.A functional CRISP/CAS9 vectors was established. 2.Through transformation of

6、 CRISP/CAS9 via Agrobacterium mediated genetic transformation，we obtained 1000 independent hygromacin-resistant calli，and among them，732 independent transgenic plants were differentiated. 3.Through analysis by sequencing the CRISP/CAS9 aimed site in the target gene OsBadh2，we identified 2 plants，i

7、n which several bases were occurred deletion，leading to gene frame shift mutation. The homologous lines were able to produce readily perceivable fragrance. Key words Fragrance gene; CRISP/CAS9;gene editing technology; genetically modified III 目錄 摘要 I Abstract II 1. 前言 1 1.

8、1香稻米的定義及我過香稻米的現(xiàn)狀 1 1.2 水稻香味的研究進(jìn)展 1 1.2.1 水稻香味的形成機(jī)制 1 1.2.2香味的鑒定方法 2 1.3 CRISP/CAS9技術(shù)原理 2 1.4實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x 3 2. 材料與方法 4 2.1材料 4 2.1.1材料 4 2.1.2轉(zhuǎn)化相關(guān)試劑 5 2.1.3 PCR鑒定分析所用試劑 5 2.1.4試驗(yàn)引物 6 2.2試驗(yàn)相關(guān)儀器 6 2.3方法 7 2.3.1水稻轉(zhuǎn)化體系建立與再生轉(zhuǎn)基因苗的建立 7 2.3.2轉(zhuǎn)基因苗子鑒定分析 8 2.3.3水稻香味的鑒定方法 9 3. 結(jié)果與分析 9 3.1 YN6香味基因的序列

9、分析 9 3.2載體的構(gòu)建及分析 9 4. 討論 11 4.1選擇CRISP/CAS技術(shù)構(gòu)建載體 11 4.2基因定點(diǎn)編輯技術(shù) 12 4.3實(shí)驗(yàn)展望 13 結(jié)論 14 參考文獻(xiàn) 15 致謝 17 1. 前言 水稻是世界上許多國家重要的糧食作物。隨著人們經(jīng)濟(jì)生活的水平的提高，稻米的食用口感越來越受到關(guān)注。香米在國內(nèi)外市場上倍受消費(fèi)者的追捧，具有非常良好的市場效益，這使對水稻香味的研究有了重大意義，包括對控制香味的基因，遺傳特性和香味的鑒別。 1.1香稻米的定義及我過香稻米的現(xiàn)狀 我國是稻作歷史最悠久、水稻遺傳資源最豐富的國家之一，浙江河姆渡、湖南羅家角

10、、河南賈湖出土的炭化稻谷證實(shí)，中國的稻作栽培至少已有7000年以上的歷史。我國科學(xué)家在矮化育種、雜種優(yōu)勢利用的雜交水稻、超級(jí)稻育種、水稻生物技術(shù)研究等方面，均走在世界的前列[1]。 根據(jù)中華人民共和國農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ( 香稻NY / T596-2002)，對香稻米的定義是:自身含有香味物質(zhì)，其香味強(qiáng)度超過人對香味的識(shí)別閾，在蒸煮或生熟品嘗過程中，能夠逸出或散發(fā)令人敏感香味的稻米。世界上各水稻生產(chǎn)國均有香稻種植，其普遍分布在東南亞和南亞地區(qū)，主要在印度、巴基斯坦、中國臺(tái)灣、孟加拉國、阿富汗、伊朗、中國和美國等地。國際市場上著名的香米品種主要有巴基斯坦的Basmati種群、泰國 Khao Daw

11、k Mai1105、Jasmine、RD6、Siamati等。中國的香稻資源也很豐富，如陜西的洋縣香米、湖南的江永香米、山東的曲阜香米、福建的過山香米等[2]。 1.2 水稻香味的研究進(jìn)展 1.2.1 水稻香味的形成機(jī)制 許多研究人員對香米的成分進(jìn)行分析，被檢測出來且具有揮發(fā)性的物質(zhì)有上百種，但是經(jīng)過眾多學(xué)者的研究，控制香米香味的主要物質(zhì)是2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrrolin，2AP）[3]。但是對于香米香味的遺傳方式，各個(gè)研究人員產(chǎn)生了分歧[4]。對于香味遺傳所產(chǎn)生的分歧，主要是因?yàn)閷ο阄恫荒苓M(jìn)行一個(gè)定量的分析，各個(gè)研究人員的對香味的評判方式并不一致，而且對香味

12、定量也有一定的難度。盡管有這些分歧，研究者們還是得到了一個(gè)被眾人認(rèn)可的結(jié)論，即水稻香味是受隱性單基因遺傳控制[5]。 1.2.2香味的鑒定方法 對于香味的鑒定，有五種方法。熱水法是將研磨后的稻粒放入試管中加熱，通過嗅其產(chǎn)生的味道來鑒別是否有香味。但這種方法存在風(fēng)險(xiǎn)，有可能會(huì)因?yàn)槠渌镔|(zhì)的揮發(fā)產(chǎn)生干擾。故目前大多數(shù)研究者很少使用這種方法。咀嚼法是一個(gè)常用的香味鑒別方法。即通過咀嚼稻米粒直觀的鑒別是否產(chǎn)生了香味[6]。蒸煮法是將水稻煮熟成為米飯，來鑒別香味是否產(chǎn)生。氫氧化鉀浸泡法實(shí)驗(yàn)室中較為常用，其鑒別結(jié)果比較準(zhǔn)確，不易被其他物質(zhì)干擾，其原理是因?yàn)镵OH可以與香稻的香味產(chǎn)生物質(zhì)2-乙酰-1-吡

13、咯啉特異性結(jié)合，且不能與稻米里其他物質(zhì)反應(yīng)。以上四種方法事項(xiàng)未鑒定的定性檢測方法。其中KOH浸泡法最為實(shí)用，結(jié)果也很準(zhǔn)確。另外三種方法比較簡便，但不夠準(zhǔn)確。因?yàn)槊總€(gè)人的味覺嗅覺有差異。會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。第五種方法是一種較為準(zhǔn)確的定量分析法，氣-質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)法有很多的有點(diǎn)，其結(jié)果準(zhǔn)確，是目前鑒別香味的最準(zhǔn)確的方法之一。主要的方法是先將稻米研碎，用溶液溶解。再用蒸餾法將提取出的稻米主要物質(zhì)蒸餾，使主要物質(zhì)變成氣體，再將氣體注入氣相色譜儀進(jìn)行分析，最后再用質(zhì)譜法定性牌[7]。 1.3 CRISP/CAS9技術(shù)原理 基因組編輯技術(shù)是一種新興的一種對基因組進(jìn)行準(zhǔn)確修飾的技術(shù)，它能在基因組上

14、進(jìn)行定點(diǎn)突變、插入或刪除、基因置換、在兩位點(diǎn)或多位點(diǎn)同時(shí)定點(diǎn)突變或小片段缺失等操作，已經(jīng)成為目前發(fā)育生物學(xué)中的重要工具[8]。該技術(shù)可以用于系統(tǒng)地研究基因、調(diào)控元件在特定生理或發(fā)育過程中所起到的作用，或者用于作物性狀的定向改良[9]。 CRISPR/CAS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單，是CRISPR位點(diǎn)附近4~10個(gè)編碼CAS蛋白的基因連接組成[10]。CRISPR位點(diǎn)由同向保守重復(fù)序列(directed repeats)、間隔序列(spacers)和5’端的前導(dǎo)序列(leader sequence)排列組成[11]。其中，間隔序列來源于外源基因片段即原間隔序列(protospacers)，重復(fù)序列

15、與間隔序列排列，可以擁有2~100個(gè)重復(fù)[12]。 CRISPR序列基因被轉(zhuǎn)錄為pre- crRNA(precursor CRISPR RNA)，然后被剪切為較短的CRISPR RNAs (crRNAs)，指導(dǎo)Cas蛋白的識(shí)別與降解[13]。Cas基因則主要編碼切割、修飾核酸相關(guān)的蛋白[14]。在進(jìn)行基因組編輯時(shí)，CRISPR/Cas9系統(tǒng)主要起兩個(gè)作用[15]：一是與RNA相結(jié)合，這個(gè)作用在識(shí)別序列的過程中起決定性作用；另一個(gè)是間隔序列(protospacer adjacent motif，PAM)也參與識(shí)別靶序列[16]。PAM序列是有物種特異性的，不同細(xì)菌中序列不同[17]。目前在基因組

16、編輯中，應(yīng)用最廣泛的是Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)，它的PAM序列是5'-NGG-3'[18]。 自 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)被開發(fā)為基因組編輯工具后，很快就成功應(yīng)用于各種動(dòng)物和微生物等多個(gè)物種中[19]。但直到2013年，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞實(shí)驗(yàn)室才首次將該技術(shù)應(yīng)用到水稻、小麥中，證明了CRISPR/Cas9系統(tǒng)能夠應(yīng)用于植物基因組編輯中[20]。 1.4實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x 本研究所用水稻材料為北方優(yōu)良粳稻品系YN6。YN6米粒與北方其它普通粳稻相比，抗冷與抗病性強(qiáng)、生育期短但結(jié)實(shí)率好，粒長且米飯口感好。與黑龍江省的優(yōu)質(zhì)香米

17、稻花香2號(hào)相比，YN6不易倒伏，適種性廣， 但不具有香味。本研究利用CRISP/CAS9基因定點(diǎn)編輯技術(shù)，定向敲除失活YN6的OsBadh2基因，使YN6產(chǎn)生香味表型。 香稻是一種各個(gè)器官均能散發(fā)香味的特殊水稻品種，香稻的營養(yǎng)物質(zhì)含量很高，含有大量的氨基酸和蛋白質(zhì)，受到了各國人民的追捧。香稻具有良好的口干，清新的香味，豐富的營養(yǎng)價(jià)值，是各種水稻中的珍品，其歷史大約已有2000年[21]。眾所周知，中國是世界第一水稻生產(chǎn)和消費(fèi)大國，擁有豐富多樣香稻品種，但出口型優(yōu)質(zhì)香稻品種廖廖無幾，占領(lǐng)國際香米市場一席之地的中國香米幾乎為零，搶占國際香米交易市場的主要是印度Basmati香 米品系、泰國KDM

18、L105、中國臺(tái)灣Jasmine。加強(qiáng)中國香稻育種研究工作，提升中國香米生產(chǎn)水平和出口競爭水平，是當(dāng)前中國稻作科研的迫切任務(wù)[22]。 2. 材料與方法 2.1材料 2.1.1材料 本研究所用水稻材料為黑龍江省粳稻品種YN6。YN6米粒與北方其它普通粳稻相比，抗冷與抗病性強(qiáng)、生育期短但結(jié)實(shí)率好，粒長（如圖2-1）且米飯口感好。與黑龍江省的優(yōu)質(zhì)香米稻花香2號(hào)相比，YN6不易倒伏，適種性廣， 但不具有香味。 稻花香2號(hào) YN6 圖2-1 稻花香與YN6生育期與粒型比較 Figure 2-1 The comparisons of two

19、 traits between Daohuaxiang and YN6 2.1.2轉(zhuǎn)化相關(guān)試劑 農(nóng)桿菌EHA105菌種，由本實(shí)驗(yàn)室提供。 實(shí)驗(yàn)中所用的誘導(dǎo)、繼代、選擇、分化和生根培養(yǎng)基的組成，見表3-1 表3-1水稻再生及轉(zhuǎn)化體系用到的培養(yǎng)基 Table 2-1 The medium of rice regeneration and transformation system 2.1.3 PCR鑒定分析所用試劑 CTAB 緩沖液、TE 緩沖液、氯仿/異戊醇（V:V=24:1），70%乙醇，無水乙醇，異丙醇、RNA 酶、蒸餾水、液氮、5×TBE 母液、10×TBE 母液、10％

20、過硫酸胺 (APS)、6%聚丙烯酰胺膠儲(chǔ)存液、Loading Buffer 溶液、2%剝離硅烷、0.5%親和硅烷、固定液（冰醋酸 100mL 加蒸餾水至 1000mL）、銀染液（1 gAgNO3+1.5 mL 37%甲醛+1 LH2O）；顯影液（1L 30g/L Na2CO3+1.5 mL 37%甲醛+200μL 10 mg/ml 硫代硫酸鈉）。 2.1.4試驗(yàn)引物 由于利用CRISPR/CAS9技術(shù)敲除水稻OsBadh2基因，當(dāng)載體導(dǎo)入細(xì)胞體內(nèi)所結(jié)合的位點(diǎn)有多個(gè)。為了防止誤差，我們需對位點(diǎn)進(jìn)行檢測，鑒定CRISPR/CAS9鑒定體中的T-DNA轉(zhuǎn)移整合到待改良水稻品系YN6中。此處我們利

21、用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR)方法進(jìn)行鑒定，所用引物為Ubiq1/Ubiq2。第二步對轉(zhuǎn)基因的編輯作用位點(diǎn)進(jìn)行PCR鑒定分析和測序分析，所用引物為TALfr F/TALfr R。引物均由上海生工有限公司合成，具體序列參見表2-1。 表2-1 用于篩選和鑒定轉(zhuǎn)基因和基因編輯事件的引物序列 Table 2-1 The primer sequences for screening and identification of the transgenic and gene-editing events. 引物名稱 引物序列(5′→3′) TALfr F TALfr R Ubiq1 Ubi

22、q2 5′-ACACAGCAATCTTTCCTGAAC-3′ 5′-TGAAATACCAAGGTGTGATC-3′ 5′- GTAACCTCGGATTCAGC-3′ 5′-GTCAATCTAGCCTAATCTGTC-3′ 2.2試驗(yàn)相關(guān)儀器 實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器和設(shè)備均由黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院提供如表2-2。 表2-2 實(shí)驗(yàn)所用儀器 Table 2-2 Laboratory instruments 2.3方法 2.3.1水稻轉(zhuǎn)化體系建立與再生轉(zhuǎn)基因苗的建立 將種子去殼浸泡在濃度為65%的乙醇溶液中20s，取出后吸干水分，放入升汞溶液中，20分鐘后沖洗掉升汞。將洗干凈的種

23、子吸干水分，放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，等待種子發(fā)芽。兩周后長出愈傷組織，但生長出的愈傷組織很不規(guī)則，則需要進(jìn)行兩次約為20個(gè)小時(shí)的繼代培養(yǎng)，便可以長出微黃色的形狀規(guī)則的胚性愈傷組織。此時(shí)先后放入預(yù)分化培養(yǎng)基和分化培養(yǎng)基中培養(yǎng)，分別為14天和20天，此時(shí)會(huì)生長出分化的幼苗。統(tǒng)計(jì)各個(gè)品種愈傷組織中誘導(dǎo)和分化的比例。 農(nóng)桿菌介導(dǎo)的水稻轉(zhuǎn)化體系如下： 1）菌液準(zhǔn)備：將帶有CRISPR/CAS9載體的EHA105農(nóng)桿菌制成菌懸液，進(jìn)行梯度稀釋，稀釋完成后涂布祖平板上，培養(yǎng)一段時(shí)間，挑取菌落在新培養(yǎng)基上培養(yǎng)，放置備用。 2）植物體備用：取植株的愈傷組織，切成1cm的小塊。取用時(shí)要輕拿輕放，防止愈傷組織有破損

24、。 3）滅菌和培養(yǎng)：將培養(yǎng)基放入0.103MPa、121℃、20min高壓蒸汽滅菌。將愈傷組織放入滅菌好的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。經(jīng)常觀察植株生長情況，期間如果植株不生長要更換培養(yǎng)基。每天記錄生長情況 4）篩選和檢測：分別取被侵染培養(yǎng)3天的愈傷組織和滅菌7天的水稻愈傷組織轉(zhuǎn)移到含有25mg/L的潮霉素篩選培養(yǎng)基上，用篩選培養(yǎng)基繼代培養(yǎng)，平均每兩周一次。培養(yǎng)過程中會(huì)有部分愈傷組織死亡，選取存活部分培養(yǎng)1-2次，培養(yǎng)完成后放入分化培養(yǎng)基中分化培養(yǎng)，大約15-20天左右即可分化出淡黃色的幼苗，再將幼苗小心放入生根培養(yǎng)基培養(yǎng)20天獲得植株。再用PCR技術(shù)測其序列，確認(rèn)基因是否重組。統(tǒng)計(jì)各個(gè)表型的植株的數(shù)

25、量，并選出表型最佳的植株。 2.3.2轉(zhuǎn)基因苗子鑒定分析 按 Edwards et al(1991)且稍有改進(jìn)的 CTAB 法提取轉(zhuǎn)基因材料的 DNA。用PCR法進(jìn)行分子鑒定。PCR 反應(yīng)體系采用 10μL 體系：包括20 ng/μl DNA 1.00μL，10×PCR buffer（含 Mg2+）1.00μL，10 mmol/L dNTP 0.75μL，2μmol/L Primer 1.00μL，5 U/μL Taq DNA polymerase 0.25 μL，最后加 ddH2O 6.00μL。擴(kuò)增程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性 5 min，55-65℃（根據(jù)不同反應(yīng)）退火 30 s，72℃延伸

26、 1 min 后回到 95℃變性 30 s，共循環(huán) 37 次左右；然后 72℃ 延伸 10 min，待溫度降至 10℃以下，取出用于電泳。采用1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定轉(zhuǎn)基因事件；用6%的聚丙烯酰胺 (Acrilamide) 凝膠電泳和銀染法檢測目標(biāo)基因編輯事件，聚丙烯酰胺凝膠電泳電泳和染色方法按Panaud et al.1996描述的方法進(jìn)行。 2.3.3水稻香味的鑒定方法 采用1.7% KOH浸泡法和咀嚼法兩種方法來驗(yàn)證鑒定改良水稻植株的香味。 (1) 1.7% KOH浸泡法鑒定香味：將水稻葉片剪成1cm左右置于10mL試管中，倒入約8mL 1.7% KOH溶液浸泡，同時(shí)蓋緊管口，10m

27、in后打開管口，即可辨別出是否有香氣逸出。 (2) 咀嚼法鑒定香味：取1粒米于口中，仔細(xì)咀嚼品嘗，用鼻子吸一口氣，然后呼氣，即可辨別出是否有香氣呼出。此方法需要反復(fù)試驗(yàn)，一般連續(xù)2-3次咀嚼即可完成一個(gè)樣品的鑒定，檢驗(yàn)第二個(gè)樣品前須漱口。 3. 結(jié)果與分析 3.1 YN6香味基因的序列分析 我們首先比較了水稻YN6和稻花香2號(hào)香味基因自起始密碼子上游3kb處到終止密碼子間的基因序列，確定了YN6的香味基因Badh2基因與稻花香品種在DNA序列第7外顯子上存在序列差異，其余序列部分兩者之間完全一致。序列差異情況與文獻(xiàn)報(bào)道情況一致，如圖3.1A所示，其中稻花香在OsBadh2第7外顯子存在

28、短序列缺失，造成移碼突變。據(jù)此，我們認(rèn)為，通過失活YN6的OsBadh2基因，將可能改良該品種的香味品質(zhì)。 3.2載體的構(gòu)建及分析 根據(jù)上述的序列分析，我們在YN6的OsBadh2基因第2外顯子處選取了一段序列作為CRISPR/CAS9酶識(shí)別和編輯位點(diǎn)，如圖3.1B所示。CRISPR/CAS9識(shí)別序列為：L-arm: GCTGGATGCTTTGAGT A 構(gòu)建識(shí)別目標(biāo)編輯位點(diǎn)的左側(cè)序列的CRISPR/CAS9載體 (L-CRISPR/CAS9 vector)，其對應(yīng)的氨基酸序列設(shè)計(jì)如下: L-sequence:

29、圖3.1 YN6香味基因序列分析及轉(zhuǎn)化CRISPR/CAS9載體的構(gòu)建 Figure 3.1 The sequence analysis of fragrance gene in YN6 and the schedule of transform-CRISPR/CAS9 vector construction CRISPR/CAS9識(shí)別序列為：R-arm：GCCTTTTGTCCAAGGA T 構(gòu)建識(shí)別目標(biāo)編輯位點(diǎn)的右側(cè)序列的CRISPR/CAS9載體 (R-CRISPR/CAS9 vector)，其對應(yīng)的氨基酸序列設(shè)計(jì)如下: R-sequence: 上述識(shí)別目標(biāo)編輯位點(diǎn)的左右兩

30、側(cè)序列的CRISPR/CAS9載體示意圖如圖3.1 b，c 對上述的構(gòu)建好的轉(zhuǎn)化CRISPR/CAS9載體進(jìn)行SacI，出現(xiàn)預(yù)期的兩條帶，大小分別為包含R-sequence的4kb片段和轉(zhuǎn)化CRISPR/CAS9栽體的其它序列12?kb（如圖3.1d）。對上述兩片段進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳回收純化，并進(jìn)行測序分析，與預(yù)期的結(jié)果完全一致，表明轉(zhuǎn)化CRISPR/CAS9載體構(gòu)建成功。 4. 討論 4.1選擇CRISP/CAS技術(shù)構(gòu)建載體 和傳統(tǒng)的誘變技術(shù)相比較，基因定點(diǎn)編輯技術(shù)完全可以按照我們的意愿去對任意位點(diǎn)進(jìn)行誘變。另外，修飾后的基因會(huì)隨染色體DNA復(fù)制而進(jìn)行復(fù)制，進(jìn)而進(jìn)行遺傳，這也有便于后

31、續(xù)的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)與觀察研究。近年來CRISP/CAS技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢得以迅速發(fā)展，CRISP/CAS技術(shù)由于其簡單的技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)操作等優(yōu)點(diǎn)，這個(gè)技術(shù)對細(xì)胞的要求不是那么嚴(yán)格，所以可以應(yīng)用到各種物種和所有的體外培養(yǎng)的細(xì)胞。這一技術(shù)是目前應(yīng)用最廣，效率較高，最具有實(shí)踐應(yīng)用前景的基因打靶技術(shù)。在糧食作物和各種經(jīng)濟(jì)物種中，利用CRISP/CAS可以人為的改變?nèi)我庑誀?，從而培育出我們所需要的，含有各種好性狀的超級(jí)植物。同時(shí)，CRISP/CAS技術(shù)也可以應(yīng)用到醫(yī)學(xué)研究方面，建立突變體庫，為人類的疾病是如何發(fā)生的以及怎樣發(fā)展的提供依據(jù)。 但是，這一技術(shù)仍然存在缺點(diǎn)，它會(huì)引起細(xì)胞的兩種修復(fù)機(jī)制，從而也會(huì)發(fā)生

32、一些有違我們意愿的突變，另外，也會(huì)出現(xiàn)概率極少的不能識(shí)別目標(biāo)基因位點(diǎn)的現(xiàn)象。但是，這一技術(shù)仍然具有巨大潛力，我們有理由相信，隨著科技的發(fā)展，這一技術(shù)必將會(huì)對科學(xué)界做出巨大的貢獻(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)有待進(jìn)一步改進(jìn)。最主要的是先保證選取的CRISP/CAS識(shí)別區(qū)域和載體的剪切的高效性。我們可以嘗試不同濃度的菌懸液優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的每個(gè)方法及步驟，從而增加陽性植株的轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)而能夠得到足夠多的陽性植株，在保證陽性植株數(shù)量的前提下再進(jìn)一步篩選出我們想要的定向編輯植株。 4.2基因定點(diǎn)編輯技術(shù) 在目前看來，要想在各種高等植物中采用這個(gè)技術(shù)獲得不菲成就，我們還要克服許多的問題。近年來，科學(xué)家們通過多種途徑不懈努

33、力和探索，已經(jīng)取得了一些令人振奮的結(jié)果。一個(gè)具有參考價(jià)值的實(shí)驗(yàn)為我們積攢了十分重要的數(shù)據(jù)和技術(shù)。就是借鑒大馬哈魚的基因打靶的成功經(jīng)驗(yàn)，并且成功篩選出最初我們設(shè)計(jì)想要得到的突變體，從而最終達(dá)到基因的定點(diǎn)編輯目的。這一實(shí)驗(yàn)也為植物基因組的定點(diǎn)敲除，基因敲入和堿基的定點(diǎn)置換提供了巨大的參考意義。并且這一技術(shù)是目前最有利用價(jià)值的植物基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)。 因?yàn)榇蠖鄶?shù)基因功能的改變是由基因內(nèi)部某一個(gè)或者某幾個(gè)堿基的突變而引起的，所以利用寡核苷酸介導(dǎo)基因的單堿基突變在植物育種中具有十分重要的理論和實(shí)踐利用價(jià)值。但是這一技術(shù)的修復(fù)的效率不穩(wěn)定和后期的篩選困難等缺陷大大的限制了該技術(shù)的發(fā)展與使用。在實(shí)驗(yàn)操作中

34、我們還可以調(diào)節(jié)和控制基因遺傳過程中的相關(guān)路徑，如對相關(guān)中間代謝產(chǎn)物和相關(guān)酶進(jìn)行改良，從而最終達(dá)到高效率的基因打靶目的。但是，我們也不得不考慮到事情的反方面，也就是這一技術(shù)也有可能對目標(biāo)基因以外的其他有益基因進(jìn)行修飾更改，從而造成一些優(yōu)良性狀的退化。 綜上所述，要想根據(jù)人們的意愿將一些植物的某些基因進(jìn)行定點(diǎn)修飾、將兩種或多種有益基因進(jìn)行結(jié)合，將不益于植株生長的基因替換掉，這些基因的定點(diǎn)編輯技術(shù)依然存在著我們預(yù)想不到的困難?？傊?，我們可以通過各種各樣的生物學(xué)理論的結(jié)合和生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)的合作，相信在未來，這個(gè)技術(shù)一定可以為我國的水稻育種提供不錯(cuò)的作用。 4.3實(shí)驗(yàn)展望 鑒于已成功獲得了YN6的B

35、adh2基因獲得了定點(diǎn)敲除的植株，并且已經(jīng)證實(shí)產(chǎn)生了香味，再接下來的實(shí)驗(yàn)中我們會(huì)對獲得的植株進(jìn)行檢測，觀察其內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，并且檢測是否含有其他有害物質(zhì)。檢測完成后應(yīng)用孟德爾遺傳定律多培養(yǎng)幾代，計(jì)算出有香味表型的植株的遺傳概率，尋求一定的方法，找出能讓香味基因穩(wěn)定遺傳的親本組合。相信通過CRISP/CAS9技術(shù)不僅可以改良水稻的香味基因，還可以改良水稻的抗冷、抗病、抗旱等基因，來獲得生存穩(wěn)定易活的，產(chǎn)量高的，高品質(zhì)的優(yōu)良水稻。 結(jié)論 根據(jù)水稻香味基因Badh2的表達(dá)機(jī)理，本試驗(yàn)選取了Badh2基因的第七外顯子

36、一段序列作為CRISP/CAS9的識(shí)別和切割作用位點(diǎn)，運(yùn)用酶切酶連方法將兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)成功地連接到了CRISP/CAS9骨架上，并將這對CRISP/CAS9骨架連接到表達(dá)載體上，最后成功的將這一表達(dá)載體運(yùn)用電轉(zhuǎn)化法將其轉(zhuǎn)入到了農(nóng)桿菌中，經(jīng)PCR檢測，測序檢測挑選連接完全正確的載體待用。 利用實(shí)驗(yàn)室的組織培養(yǎng)條件，無菌操作技術(shù)。經(jīng)過前期的水稻愈傷細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)，愈傷組織的侵染及清洗，最后成功的篩選出抗性愈傷組織并將其分化成苗，經(jīng)過大田的栽培及田間的成功管理收獲種子。 經(jīng)過PCR鑒定、尿素聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定、目標(biāo)區(qū)域的基因組測序分析、KOH浸泡法和咀嚼法鑒定。成功篩選出了具有怡人香味的水稻品種

37、。經(jīng)過測序分析YN6的Badh2基因發(fā)生了8個(gè)堿基的缺失，另一株發(fā)生了4個(gè)堿基的缺失和2個(gè)堿基的置換。從而使YN6水稻品種本身存在的Badh2基因發(fā)生了功能的缺失。使原本不具有香味的YN6品種獲得了香味表型。 參考文獻(xiàn) [1]虞國平，朱鴻英.我國水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對策研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009(06):122-126+130. [2]楊揚(yáng)，謝震澤，王軻，晏月明.水稻香味的遺傳研究進(jìn)展[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，31(03):24-29. [3]Cooked rice aroma and 2-acetyl-

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42、旸.CRISPR/Cas9系統(tǒng)在植物基因組定點(diǎn)編輯中的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(09):1669-1677. [17]李聰，曹文廣.CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)研究進(jìn)展[J].生物工程學(xué)報(bào)，2015，31(11):1531-1542. [18]劉志國.CRISPR/Cas9系統(tǒng)介導(dǎo)基因組編輯的研究進(jìn)展[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào)，2014，45(10):1567-1583. [19]方銳，暢飛，孫照霖，李寧，孟慶勇.CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2013，40(08):691-702. [20] 平文麗，李雪君，林

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44、立的生活，讓我學(xué)會(huì)了處世原則，學(xué)會(huì)了獨(dú)立自主，學(xué)會(huì)了做人做事的道理。在學(xué)習(xí)中，我系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了生物方面的知識(shí)，從宏觀到微觀，從理論到實(shí)踐。經(jīng)過老師的教導(dǎo)，我對生物知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，我學(xué)會(huì)了專業(yè)的生物知識(shí)，并且培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，對我未來的生活有深遠(yuǎn)的影響。在本次論文的創(chuàng)作過程中，我的導(dǎo)師姜老師給予了我很大的幫助，從論文題目講解，到實(shí)驗(yàn)過程中的幫助，到文章結(jié)構(gòu)、文章格式的指導(dǎo)。姜老師都認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我的論文寫作較為順利。 在此，我要感謝的輔導(dǎo)員，我的同學(xué)，我的室友，是他們讓我的大學(xué)生活不會(huì)感到孤單。我要感謝我的老師，我的導(dǎo)師姜老師，是他們讓我學(xué)會(huì)了知識(shí)，讓我充實(shí)的度過了大學(xué)生活，讓我學(xué)會(huì)了知識(shí)，有了一技之長。最后我要感謝黑龍江大學(xué)給了我學(xué)習(xí)的平臺(tái)，能讓我遇到這些幫助過我的人。讓我步入社會(huì)開始一段嶄新的人生！ 17