CRISPR/Cas9 技術在大豆抗病蟲育種中的應用前景

（黑龍江省農業科學院佳木斯分院，佳木斯 154007）

大豆是世界上主要的糧食作物之一，其含油量較高，是重要的油料作物之一，又由于其蛋白質含量也很高，具有很高的營養價值。現在食品加工和工業技術發展較快，使得大豆的用途更加廣泛，如大豆冰淇淋[1]、大豆酸奶[2]等。人們對大豆需求量越來越大，我國大豆的產量早已不能滿足人們的需求，造成大豆產量低的原因有很多，病蟲害是很重要的因素之一，病蟲害同時也影響其質量。為了減少大豆病蟲害對產量的影響，眾多防治方法中最為有效的辦法是選擇抗病品種，因此，抗病蟲品種的培育就顯得尤為重要。培育大豆的抗病蟲品種一般通過常規育種、分子育種、轉基因育種，其中常規育種育種年限長，具有物種界限等缺點；轉基因育種，人們對其安全性爭議較大；CRISPR/Cas9 技術的出現可能會消除人們對轉基因安全性的顧慮。CRISPR/Cas9 技術可能會推動大豆抗病蟲育種的進程，為大豆抗病蟲育種提供一種新的途徑。

1 大豆病蟲害

目前對我國甚至全世界大豆產量和質量影響較大的病蟲害主要有3 種：疫霉根腐病、花葉病毒病、孢囊線蟲病[3]；另外在我國東北地區，灰斑病對大豆的產量影響也較為嚴重。生產上應用化學防治和耕作栽培措施能夠降低一定的產量損失，但這些措施能夠起到的作用有限，且化學防治還會有環境污染等缺點；又由于這些病害的生理小種會隨著時間的推移產生變異，防治會更加困難。因此，培育抗病蟲品種就顯得尤為重要，能從根本上解決問題，并且是目前最為經濟有效的手段。

2 抗病蟲品種的培育方法

可以通過傳統的育種手段，通過遺傳改良，抗性基因的聚合培育抗病蟲品種，但由于其育種周期長、預見性差并且不能利用外源的抗性基因等缺點，使得新品種的培育比較困難。現在隨著分子生物學、基因工程的發展，使得轉基因技術發展較快，轉基因技術可以將抗性基因聚合，甚至可以打破物種界限引用外源抗性基因，目前應用轉基因技術來達到改良作物抗性，已經得到了很廣泛的應用；但轉基因一般會引入外源基因，所以人們對轉基因食品安全性有所擔心。

3 CRISPR/Cas9 技術在大豆中的應用

近年來，隨著CRISPR/Cas9 技術的出現，其能夠識別目標基因并進行切割，在細胞中又具有核酸修復機制，因此在這個過程中能夠引起基因突變或缺失，由于在整個過程中不會引入外源基因，因此，美國將CRISPR/Cas9 技術編輯過的作物定義為非轉基因作物。CRISPR/Cas9 技術已經應用于大豆[4]、玉米[5]、水稻[6]等作物。

在玉米、水稻、番茄等作物中DDM1是維持基因組甲基化水平的重要調節因子，利用CRISPR/Cas9 技術在大豆中創制了Gmddm1突變體，大豆Gmddm1突變體由于DDM1基因突變降低了基因組DNA 甲基化水平，并且Gmddm1突變體在田間表現和對照相比分枝增多、植株矮化并且易斷枝，單株產量降低[7]。

WRINKLED（WRI）在大豆油脂合成中具有關鍵作用，在大豆中利用CRISPR/Cas9 技術將WRI11a基因的表達進行抑制，甚至是沉默，創制GmWRI1a基因突變體，研究發現轉基因突變體植株中糖酵解和脂肪合成相關基因的表達量下降，揭示了WRI11a基因在大豆中增加油分含量發揮作用機理[8]。

4 大豆病蟲害基因的相關研究

Wang 等[9]通過農桿菌介導的方法將帶有SMV 3′-UTR 的CP基因轉入感大豆花葉病毒的大豆品種，結果發現轉基因植株對大豆花葉病毒具有一定的抗性。幾丁質是真菌細胞壁的成分之一，如果植物中存在幾丁質酶，幾丁質酶能夠分解真菌細胞壁，使得真菌死亡。Salehi 等[10]采用農桿菌介導的方法將來自菜豆的幾丁質酶插入到pBI121 載體上，并轉入到感立枯絲核菌的大豆品種中，通過PCR 分子檢測出陽性轉基因植株，并將葉片進行立體鑒定，發現與其對照相比，能有效控制立枯絲核菌在葉片上的蔓延，說明轉基因植株對立枯絲核菌具有一定的抗性。

5 展望

CRISPR/Cas9 技術編輯的植物，能減少人們對轉基因食品安全的擔憂，同時該技術也是轉基因育種技術的一次革新，會加快轉基因育種的發展進程，可以結合前人對大豆抗病和感病基因的研究，利用CRISPR/Cas9 技術進行基因的編輯，能夠加快大豆的抗病蟲育種進程，從而降低大豆在病蟲害方面的產量損失。