Removiendo el carácter dañino del pericarpio del arroz silvestre como el primer paso de la domesticación hacia el arroz de siembra directa utilizando la mutagénesis dirigida por CRISPR/Cas9
Autores: Kong, Mengyao; He, Xiaotong; Yin, Zhendong; Chen, Xianshu; Zhang, Yujie; Shi, Zhihua; Song, Xiaoling; Qiang, Sheng; Dai, Weimin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Removiendo el carácter dañino del pericarpio del arroz silvestre como el primer paso de la domesticación hacia el arroz de siembra directa utilizando la mutagénesis dirigida por CRISPR/Cas9
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Recursos de agua dulce
Cultivo de arroz
Arroz silvestre
Tecnología CRISPR/Cas9
Tolerancia a la sequía
Edición génica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Con la escasez de recursos de agua dulce y el aumento de los precios laborales, el cultivo de arroz está cambiando de trasplante a siembra directa. El arroz malherido es una maleza maligna con una fuerte tolerancia a la sequía en la germinación de semillas en campos de arroz de siembra directa. Como la misma especie de arroz cultivado (L.), el arroz malherido (f.) tiene el potencial de ser domesticado en arroz de siembra directa con una fuerte tolerancia a la sequía en la germinación de semillas al cambiar algunas características desfavorables. El pericarpio rojo, una de las características perjudiciales del arroz malherido, afecta seriamente la calidad y el valor comercial del arroz cultivado. La tecnología CRISPR/Cas9 (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) recientemente desarrollada puede editar con precisión la función de los genes, brindando una posibilidad para la evolución dirigida. El arroz malherido (WRL-162) con pericarpio rojo se utilizó como material mutante. Se diseñaron dos sitios de mutación, aguas arriba y aguas abajo del fragmento diferencial de 14 pb del exón 6 del gen, utilizando la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9. En consecuencia, tres tipos de mutantes en la generación T1 de arroz malherido con vector CRISPR-Cas9 cambiaron de pericarpio rojo a blanco. Un tipo de mutante en la generación T1 de arroz malherido con vector CRISPR-Cas9 mantuvo el pericarpio rojo. Comparando el tipo salvaje de arroz malherido y el control de variedad de arroz (Nipponbare), los tipos mutantes en la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9 mejoraron significativamente la resistencia a la sequía en la germinación de semillas. Además, no hubo diferencias significativas en el número de panículas, tasa de fijación de semillas por planta, longitud y anchura del grano entre el tipo salvaje y los mutantes de la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9. Comparando el tipo salvaje, algunos tipos mutantes en la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9 disminuyeron significativamente la altura de la planta, el número de espiguillas por panícula principal, el número de semillas llenas por panícula principal y aumentaron el peso de 1000 granos. Nuestros resultados mostraron que la edición de genes utilizando la tecnología CRISPR/Cas9 no solo puede eliminar la característica perjudicial del pericarpio del arroz malherido, sino que también puede mejorar la tolerancia a la sequía en la germinación de semillas. Este estudio podría proporcionar nuevas ideas para la utilización del arroz malherido como recursos de germoplasma para el arroz de siembra directa mediante la edición precisa de genes para eliminar rasgos desfavorables.
Descripción
Con la escasez de recursos de agua dulce y el aumento de los precios laborales, el cultivo de arroz está cambiando de trasplante a siembra directa. El arroz malherido es una maleza maligna con una fuerte tolerancia a la sequía en la germinación de semillas en campos de arroz de siembra directa. Como la misma especie de arroz cultivado (L.), el arroz malherido (f.) tiene el potencial de ser domesticado en arroz de siembra directa con una fuerte tolerancia a la sequía en la germinación de semillas al cambiar algunas características desfavorables. El pericarpio rojo, una de las características perjudiciales del arroz malherido, afecta seriamente la calidad y el valor comercial del arroz cultivado. La tecnología CRISPR/Cas9 (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) recientemente desarrollada puede editar con precisión la función de los genes, brindando una posibilidad para la evolución dirigida. El arroz malherido (WRL-162) con pericarpio rojo se utilizó como material mutante. Se diseñaron dos sitios de mutación, aguas arriba y aguas abajo del fragmento diferencial de 14 pb del exón 6 del gen, utilizando la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9. En consecuencia, tres tipos de mutantes en la generación T1 de arroz malherido con vector CRISPR-Cas9 cambiaron de pericarpio rojo a blanco. Un tipo de mutante en la generación T1 de arroz malherido con vector CRISPR-Cas9 mantuvo el pericarpio rojo. Comparando el tipo salvaje de arroz malherido y el control de variedad de arroz (Nipponbare), los tipos mutantes en la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9 mejoraron significativamente la resistencia a la sequía en la germinación de semillas. Además, no hubo diferencias significativas en el número de panículas, tasa de fijación de semillas por planta, longitud y anchura del grano entre el tipo salvaje y los mutantes de la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9. Comparando el tipo salvaje, algunos tipos mutantes en la generación T3 de arroz malherido sin vector CRISPR-Cas9 disminuyeron significativamente la altura de la planta, el número de espiguillas por panícula principal, el número de semillas llenas por panícula principal y aumentaron el peso de 1000 granos. Nuestros resultados mostraron que la edición de genes utilizando la tecnología CRISPR/Cas9 no solo puede eliminar la característica perjudicial del pericarpio del arroz malherido, sino que también puede mejorar la tolerancia a la sequía en la germinación de semillas. Este estudio podría proporcionar nuevas ideas para la utilización del arroz malherido como recursos de germoplasma para el arroz de siembra directa mediante la edición precisa de genes para eliminar rasgos desfavorables.