近日，我院張新友院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal （IF 2024=10.5，中科院生物學(xué)一區(qū)，JCR5%）上發(fā)表了題為“Development of novel transgene-free high-oleic peanuts through CRISPR-Cas9 mediated gene editing of two AhFAD2 homologues”的研究論文，利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)敲除花生AhFAD2基因，創(chuàng)制出不含外源基因的高油酸花生新種質(zhì)，為花生新種質(zhì)創(chuàng)制及對(duì)現(xiàn)有主栽品種精準(zhǔn)改良提供了新途徑。
花生富含不飽和脂肪酸油酸和亞油酸，兩者約占花生脂肪酸含量的80%，兩者的相對(duì)比例對(duì)花生及其制品的品質(zhì)和理化特性具有重要影響。在普通花生品種中油酸約為42%，亞油酸約為37%。所謂高油酸花生是指籽仁中油酸含量超過(guò)75%或油酸、亞油酸比值大于10的花生。油酸比亞油酸具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，高油酸花生及制品不易氧化及酸敗，貨架期更長(zhǎng), 并且能夠選擇性地降低人體血液中低密度脂蛋白（LDL）的含量，因此具有保健功能。到目前為止，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)原產(chǎn)于我國(guó)的高油酸花生種質(zhì)資源，當(dāng)前市場(chǎng)上高油酸花生品種的初始供體親本均來(lái)自于國(guó)外農(nóng)業(yè)公司，其遺傳背景比較單一，存在一些不良農(nóng)藝性狀，另外隨著大國(guó)博弈的加劇以及種業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)逐步加劇，亟需培育新的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和優(yōu)異農(nóng)藝性狀的高油酸花生突變體，厚植我國(guó)高油酸花生育種的種質(zhì)基礎(chǔ)。
以我院培育的花生主栽品種豫花9326為受體，選擇花生AhFAD2-1為敲除靶標(biāo)，構(gòu)建了適合雙子葉植物的基因編輯載體，采用基因槍轟擊法對(duì)花生進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)敲除AhFAD2-1基因。最終獲得了13個(gè)突變株系，其中11個(gè)株系產(chǎn)生了預(yù)期靶標(biāo)突變，基因編輯效率為82%。基于MGISEQ-2000平臺(tái)進(jìn)行了20×的全基因組測(cè)序，分析編輯后代和野生型的SNPs和InDels，結(jié)果顯示沒(méi)有發(fā)生脫靶突變。通過(guò)與基因編輯載體序列比對(duì)，在15株T3后代中鑒定到3個(gè)株系后代無(wú)外源載體序列，并對(duì)這3個(gè)株系的T4后代進(jìn)一步進(jìn)行了全基因組測(cè)序，再次確認(rèn)了無(wú)外源載體序列。AhFAD2-1A/B基因編輯植株與受體親本豫花9326相比沒(méi)有形態(tài)上的差異，其油酸含量由豫花9326的36.92%提高至80.59-83.75%，亞油酸含量由39.75%下降至2.84-3.84%，同時(shí)棕櫚酸含量由豫花9326的13.69%下降至6.77-7.27%，含油量和蛋白含量沒(méi)有變化。
該研究首次報(bào)道了通過(guò)基因編輯技術(shù)成功獲得了不含外源序列的花生高油酸突變體，為花生種質(zhì)資源創(chuàng)制和對(duì)現(xiàn)有主栽品種快速精準(zhǔn)改良提供了新方法。
石磊副研究員為論文第一作者，張新友院士為通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)金雙俠教授為該研究提供了指導(dǎo)。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1200400）、河南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)（201300111000, 221100110300）、國(guó)家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-13）和河南省花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（S2012-5）等項(xiàng)目的資助。
我院花生遺傳育種團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年努力突破了花生遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)瓶頸，近年來(lái)在花生基因編輯應(yīng)用領(lǐng)域取得了一系列進(jìn)展，研究成果相繼發(fā)表在Plant Biotechnology Journal （2023，2025）、Journal of Integrative Plant Biology（2025）等高水平學(xué)術(shù)期刊上。
文章連接： http://doi.org/10.1111/pbi.70256
