植物基因定点突变与定点置换技术及其在作物遗传改良中的应用

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1、农业生物技术学报JournalofAgriculturalBiotechnology2007,15(6):1058~1065·综述·植物基因定点突变与定点置换技术及其在植物遗传改良中的应用*11,21,212** 张晓辉，叶志彪，张余洋，侯政，李汉霞(1.华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室，武汉430070；2.华中农业大学国家蔬菜改良中心华中分中心，武汉430070)摘要：针对锌指核酶介导基因同源重组与嵌合寡核苷酸介导基因的单碱基定点突变在功能基因组学研究方面的进展和存在的问题，以及该技术在植物遗传改良方面的可能应用前景进行了较系统的综述。同时，讨论了通过对植物同源重

2、组相关调控途径进行分子修饰以提高基因打靶效率的问题。关键词：定点突变;定点置换;锌指核酶;嵌合寡核苷酸;植物遗传改良中图分类号:S188文献标识码:A 文章编号:10061304(2007)06105808PlantGeneTargetedMutationandReplacementandItsApplicationinCropGeneticImprovement ZHANGXiaohui 1,YEZhibiao 1,2 ,ZHANGYuyang 1,2,HOUZheng 1,LIHanxia 2** Therecentadvancesandlimitationofusin

3、gzincfingernucleasetostimulatehighefficienthomologousrecombinationandchimericoligonucleotidestopromotesinglebasereplacementinfunctionalgenomicresearchandplantgeneticbreedingaresystematicallyreviewed.Andapproachestoimprovegenetargetingefficiencythroughmolecularmodificationofkeypathwayinplan

4、t homologousrecombinationarediscussed. targetedmutation;genereplacement;zincfingernucleases;chimericoligonucleotides;plantgeneticimprovement基因定点突变与定点置换技术也称基因打靶技点置换(Lettier.,2006)。但是，在高等生物尤其是术（genetargeting），是在基因组的原位实现对基因植物中，这种同源重组效率非常低，外源片断绝大部的定点突变、定点整合、基因置换及基因修复等分以非同源的末端连接（nonhomologousen

5、d (Jasin ,1996)。随着大量基因组测序工作的完joining,NHEJ）的方式随机插入细胞基因组中成，利用基因定点突变与定点置换技术可以在基因(Pacher.,2007)。在基因转化过程中，自然发生4~10 3组原位引入基因序列的改变，对基因功能的研究提的同源重组是非同源末端连接的10 。要在这供了方便。在应用上，利用基因定点突变与定点置换么低的频率下获得同源重组植株在操作上几乎是不技术培育植物新品种(TzfiraandWhite,2005)，可以可能的。尽管存在困难，但对植物基因定点整合或置避免现存转基因技术中基因插入的随机性导致的表换的研究从未间断过。如表达

6、异源的同源重组相关达不确定性和对原基因组的损害。同时，在植物基因酶(Reiss .,1996)，调节植物自身的同源重组相关组原位进行修复或改造可以避免现有的GMO 酶(Shaked 2005)等，都在一定程度上提高了植(geneticmodifiedorganism)可能存在的应用风险，更物同源重组频率。随着对同源重组分子机理研究的容易为公众所接受。不断深入，依赖同源重组的基因定点突变与定点置虽然在一些模式生物（如酵母）中，利用染色体换技术有望得到突破。目前有几种基因定点突变与与外源DNA片断的同源重组（homologous 定点置换的方法在植物上获得初步成功。包括利用re

7、combination,HR）可以实现基因的定点突变与定高效正负向筛选标记筛选同源重组子(Terada*基金项目：国家自然科学基金和国家高技术研究发展计划（863）资助。**通讯作者。Authorforcorrespondence.教授,主要从事植物分子生物学与基因工程研究。Tel：02787283463；Email:.收稿日期：20070326接受日期：20070417第6期张晓辉等:植物基因定点突变与定点置换技术及其在植物遗传改良中的应用10592002)；利用ZF