近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶樹遺傳育種創(chuàng)新團隊在茶樹基因編輯工具開發(fā)與代謝工程研究方面取得新進展，利用CRISPR-Act系統(tǒng)，在茶樹根系中實現(xiàn)了茶氨酸生物合成關(guān)鍵基因CsAlaDC和CsTSI的同步激活，顯著提高了茶氨酸含量。相關(guān)結(jié)果以“CRISPR-Act-mediated synchronized activation of CsAlaDC and CsTSI enhances L-theanine biosynthesis in tea plants”為題發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)1區(qū)Top期刊Horticulture Research。
鑒于茶樹功能基因組學(xué)研究對高效編輯工具的迫切需求，團隊系統(tǒng)篩選并鑒定了茶樹U3和U6啟動子，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源CsU3a啟動子具有最優(yōu)活性。在茶樹原生質(zhì)體編輯實驗中，CsU3a驅(qū)動的CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯效率顯著優(yōu)于常用擬南芥AtU3及其他對照，確立了其作為茶樹高效基因編輯元件的優(yōu)勢地位。在此基礎(chǔ)上，團隊利用CsU3a啟動子構(gòu)建了CRISPR-Act3.0系統(tǒng)，并建立了穩(wěn)定的發(fā)根轉(zhuǎn)化體系。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了茶氨酸合成通路關(guān)鍵基因CsAlaDC和CsTSI的協(xié)同上調(diào)，表達量分別上調(diào)20.8倍和6.4倍，轉(zhuǎn)化株系中茶氨酸含量大幅提高8.5倍，且丙氨酸和乙胺水平同步提升。這一結(jié)果證實了該系統(tǒng)能高效驅(qū)動代謝流定向流動，其效能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)異源啟動子。
研究不僅開發(fā)了適配茶樹的高效內(nèi)源啟動子CsU3，豐富了茶樹功能基因組學(xué)工具箱，也為通過協(xié)同調(diào)控關(guān)鍵基因改良茶樹品質(zhì)提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
研究得到了浙江省農(nóng)業(yè)新品種選育重大科技專項-茶樹、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費和國家自然科學(xué)基金資助。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所博士后張學(xué)寧和碩士研究生傅前媛（已畢業(yè)）為論文的共同第一作者，黃建燕研究員和王新超研究員為論文的共同通信作者。
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