JIA | 新疆维吾尔自治区农业科学院作物分子育种创新团队:棉花内源pGhαGloA启动子驱动的CRISPR/Cas12a编辑系统的开发与应用
- 2026-05-12 16:34:19
棉花（Gossypium hirsutum L.）是重要的经济作物。作为世界第三大油料作物，棉籽占棉花总产量的58%-65%，具有较高经济价值。基因编辑技术在棉花中的应用也比较广泛。在基因编辑载体系统中，通常采用基于RNA聚合酶III的U6/U3启动子驱动gRNA表达，而基于RNA聚合酶Pol II的Ubi启动子和CaMV 35s启动子则用于Cas9基因表达。此外，与异源启动子相比，内源启动子不仅能提高目标基因的表达水平，还能增强其稳定性和重复性转基因表达。此外，启动子中存在多种顺式作用元件和启动子等位基因，这些元件常与作物农艺性状相关。因此，通过启动子进行基因组编辑以实现作物改良是一种新的基因组编辑策略。
近期，新疆维吾尔自治区农业科学院作物分子育种创新团队李波研究员完成的题为“Application of an endogenous pGhαGloA promoter in the CRISPR/Cas12a system for efficient genome editing to create glandless cotton germplasm”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）2026年5期发表。
该研究表明，采用棉花内源性Pol II启动子驱动的crRNA能够提升crRNA转录效率，特别是对多个crRNAs的编辑效率较高，对棉花内源基因实现了精准、高效编辑，同时获得了无腺体的棉花种质。
该研究将棉花内源Pol II型启动子pGhαGloA应用于CRISPR/Cas12a系统，构建了pGhRBE3-pGhαGloA-GhPGF编辑载体，通过遗传转化发现靶标基因中的两个靶标最高编辑效率分别达93.37%、88.24%，显著高于Pol III型启动子系统，且编辑类型以3–12 bp的片段缺失为主，可从T0代稳定遗传至T2代。此外，团队还成功筛选出DNA-Free的纯合无腺体棉花株系。
采用pGhRBE3-pGhαGloA基因编辑载体，成功获得无腺体表型的转基因材料后。为获得纯合无腺体表型且DNA-free的后代株系，对GhPGF基因完全编辑的品系进行回交获得DNA-free的纯合后代材料。经鉴定，获得了3个DNA-free的株系，其中，crRNA1缺失了5、8和8 bp片段，而crRNA2则缺失了6、10和0 bp片段。这些品系可为未来品种选育提供实验材料，并作为无腺体棉花品种栽培的重要种质资源。
Cas12a-GhPGF棉花无腺体表型
本研究采用pGhRBE3-pGhαGloA基因编辑载体敲除GhPGF基因，培育出无腺棉材料，从而为棉花生产创建低棉酚或无棉酚的种质资源。本研究成功构建了一套高效精准的CRISPR/Cas12a基因组编辑系统，该系统利用棉株中的PolII启动子。编辑效率高达100%，同时编辑两个crRNA的效率达到66.7%。此外，还获得了无转基因的无腺棉材料，为棉花生产提供了新的种质资源。该系统的发展将推动棉花功能基因组学研究和分子育种，并为棉花精准基因组编辑提供技术支持。
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Cite the article:
Chenyu Li, Zumuremu Tuerxun, Yang Yang, Xiaorong Li, Fengjiao Hui, Juan Li, Zhigang Liu, Guo Chen, Darun Cai, Hui Zhang, Xunji Chen, Shuangxia Jin, Bo Li. 2026. Application of an endogenous pGhαGloA promoter in the CRISPR/Cas12a system for efficient genome editing to create glandless cotton germplasm. Journal of Integrative Agriculture, 25(5): 1836-1845.
新疆维吾尔自治区农业科学院生物育种实验室“作物分子育种创新团队”由李波研究员领衔，主要开展作物全基因组选择与遗传改良，作物抗逆功能基因组研究，作物基因编辑技术开发与应用3个研究方向开展研究工作。同时本团队依托新疆维农作物生物技术重点实验室平台开展相关研究，承担并实施一系列国家、部委及自治区重大科研项目：包括国家自然科学基金，国家国家重点研发计划项目，自治区重大科技专项等项目共50余项。研究成果获得新疆维吾尔自治区科学技术进步一等奖1项，获得国家发明专利10项，在国内外学术期刊发表论文100余篇。
| 图文由作者团队提供
Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。
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