近日，內蒙古牧草育種與良種繁育重點實驗室聯合中國科學院青島生物能源與過程研究所在The Crop Journal發表了有關紫花苜蓿基因編輯技術體系開發研究論文，為紫花苜蓿生物育種創新研發和產業應用提供有力支撐。

“牧草之王”紫花苜蓿，是全世界廣泛種植的飼草作物。精準創制優良性狀種質資源的紫花苜蓿基因編輯技術是國內外苜蓿育種研發領域關注焦點。但紫花苜蓿基因組復雜，遺傳轉化流程繁瑣，對操作人員技術經驗、受體材料遺傳背景要求極高。所以苜蓿基因編輯體系開發需要依靠高通量遺傳轉化技術與高效基因編輯器。

目前紫花苜蓿基因編輯載體均使用Pol III型啟動子驅動sgRNA表達，難與Pol II型啟動子驅動的Cas9較好協同表達。針對上述問題，內蒙古牧草育種與良種繁育重點實驗室及中國科學院青能所研究團隊開展科研攻關，選擇公農1號為底盤資源，采用超聲輔助侵染技術，建立公農1號高效遺傳轉化體系（轉化率達到50%以上），為紫花苜蓿規模化遺傳轉化提供支撐。

在此基礎上，研究人員采用擬南芥UBIQ10組成型強啟動子啟動Cas9和sgRNA模塊以單一轉錄單元進行協同高效表達，并利用基于tRNA的多sgRNA串聯，在紫花苜蓿中實現了同一基因或不同基因多個靶位點的高效編輯。該載體系統快捷、高效，在多個重要作物的基因編輯中具有通用性，已被來自國內科研院所20多個相關團隊試用，獲得良好反饋。

研究人員發現，sgRNA的選擇是紫花苜蓿基因編輯成功與否的關鍵。然而，紫花苜蓿原生質體制備與轉化體系對操作人員技術要求高，葉圓盤法遺傳轉化周期長，無法實現高編輯效率sgRNA快速篩選。研究團隊基于MtLAP1轉錄因子過表達累積花青苷 “顯色”的原理，開發了一套基于可視化毛狀根的sgRNA高效篩選系統。與非可視化工具相比，節省60%~70%的樣本檢測成本。

最后，研究人員利用構建的一整套技術體系對紫花苜蓿葉發育的關鍵基因PALM1進行編輯，成功獲得高葉/莖比和高蛋白含量的紫花苜蓿種質資源。為推動基因編輯技術在我國苜蓿生物育種研發中的廣泛應用和加速具有優良農藝性狀苜蓿核心種質資源的創制提供科研助力。

內蒙古牧草育種與良種繁育重點實驗室負責人表示，下一步實驗室將繼續圍繞內蒙古發展高質量草種業的重大戰略需求，開展前沿育種技術研究的聯合攻關，形成良種高通量育繁體系，為草種業高質量發展提供技術保障。