SPL（SQUAMOSAPROMOTERBINDINGPROTEIN(SBP)-Like）蛋白是植物中特殊的一类转录因子，它们含有高度保守的SBPDNA结合结构域。在众多microRNA的调控下，SPL家族蛋白在植物株型建成方面具有重要的作用。水稻SPL蛋白可以抑制水稻分蘖，但是只在表达适度的情况下促进穗分枝。因此，对SPL蛋白的精细调控有助于获得理想株型，提升产量。
最近，中国农科院油料所曹东团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对大豆SPL9基因进行了突变，从而成功改良了大豆的株型结构。
大豆中编码SPL蛋白的基因有4个，分别为GmSPL9a、GmSPL9b、GmSPL9c和GmSPL9d，它们都受到GmmiRb的负向调控。研究人员将以4个SPL9基因为靶点的gRNA序列在拟南芥U3和U6启动子驱动下构建到CRISPR/Cas9基因编辑载体上，并在农杆菌介导下导入大豆品种Williams82。对两个T0植株的序列分析结果表明，GmSPL9a和GmSPL9b基因分别有1bp的缺失。然而，T2代的spl9a和spl9b纯合单突变植株没有任何明显的表型变化，只有spl9a/spl9b纯合双突变植株表现出了叶间隔长度变短的性状。随着编辑的深入，到T4代时，突变植株的主茎节和分枝数量开始增加。此外，突变植株的GmSPL9基因的表达量也更高，这暗示出该基因的某些反馈调控机制。
该研究揭示出对GmSPL9基因的各种不同突变基因型所造成的大豆株型结构的差异，揭示出4个GmSPL9基因对大豆株型调控的冗余作用，证明了通过CRISPR/Cas9基因编辑技术改良大豆株型的可行性。
BMCPlantBiology,8April
CRISPR/Cas9-mediatedtargetedmutagenesisofGmSPL9genesaltersplantarchitectureinsoybean
Author
AiliBao,HaifengChen,LimiaoChen,ShuilianChen,QingnanHao,WeiGuo,DezhenQiu,ZhihuiShan,ZhongluYang,SongliYuan,ChanjuanZhang,XiaojuanZhang,BaohuiLiu,FanjiangKong,XiaLi,XinanZhou,Lam-SonPhanTranandDongCao*
KeyLaboratoryofBiologyandGeneticImprovementofOilCrops,MinistryofAgriculture,OilCropsResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences;TheKeyLaboratoryofSoybeanMolecularDesignBreeding,NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyofSciences,China
Abstract
Background
Theplantarchitecturehassignificanteffectsongrainyieldofvariouscrops,includingsoybean(Glycinemax),buttheknowledgeonoptimizationofplantarchitectureinordertoincreaseyieldpotentialisstilllimited.Recently,CRISPR/Cas9systemhasrevolutionizedgenomeediting,andhasbeenwidelyutilizedtoeditthegenomesofadiverserangeofcropplants.
Results
Inthepresentstudy,weemployedtheCRISPR/Cas9systemtomutatefourgenesencodingSQUAMOSAPROMOTERBINDINGPROTEIN-LIKE(SPL)transcriptionfactorsoftheSPL9familyinsoybean.ThesefourGmSPL9genesarenegativelyregulatedbyGmmiRb,atargetfortheimprovementofsoybeanplantarchitectureandyields.ThesoybeanWilliams82wastransformedwiththebinaryCRISPR/Cas9plasmid,assembledwithfoursgRNAexpressioncassettesdrivenbytheArabidopsisthalianaU3orU6promoter,targetingdifferentsitesofthesefourSPL9genesviaAgrobacteriumtumefaciens-mediatedtransformation.A1-bpdeletionwasdetectedinonetargetsiteoftheGmSPL9aandonetargetsiteoftheGmSPL9b,respectively,byDNAsequencinganalysisoftwoT0-generationplants.T2-generationspl9aandspl9bhomozygoussinglemutantsexhibitednoobviousphenotypechanges;buttheT2doublehomozygousmutantspl9a/spl9bpossessedshorterplastochronlength.InT4generation,higher-ordermutantplantscarryingvarious
