破解植物基因“开关”识别难题 我科研团队研发活细胞调控因子捕捉新工具

基因表达的精准调控是决定作物产量、品质和抗逆性的核心机制。

长期以来,科学界面临关键性技术瓶颈——那些与DNA短暂结合的转录因子等调控蛋白,因其作用时间短、结合力弱,传统染色质免疫共沉淀技术存在捕获效率低、需破碎细胞等缺陷,严重制约育种研究的深入发展。

针对这一世界性难题,中国农科院团队创新性地将CRISPR系统的靶向定位功能与TurboID蛋白标记酶结合,开发出CSPL(CRISPR-Specific Protein Labeling)系统。

该系统犹如分子级"雷达",可精准导航至目标基因区域,对周边调控蛋白进行原位标记,灵敏度较传统方法提升20倍以上。

研究负责人表示:"这相当于给基因调控区安装了实时监控,首次实现不破坏细胞完整性的活体观测。

" 在技术验证阶段,科研人员选取结球甘蓝光周期调控基因和水稻耐寒相关基因作为模型。

实验数据显示,CSPL系统不仅成功捕获到已知的HY5、PIF3等光响应因子,更首次发现3个新型调控蛋白参与光信号转导。

值得注意的是,这些新发现的调控因子在传统检测中均未被有效识别,证实了该技术的突破性优势。

该成果具有多重应用价值:其一,为作物性状形成的分子机制研究提供普适性工具,尤其适用于抗旱、抗病等复杂性状解析;其二,通过建立调控蛋白数据库,可大幅缩短分子设计育种周期;其三,系统兼容单子叶和双子叶植物,已在小麦、玉米等主粮作物中开展验证试验。

业内专家评价,这项技术将推动育种研究从"经验筛选"迈向"精准设计"新阶段。

据团队透露,下一步将重点攻关两个方向:一是开发适用于田间作物的便携式检测设备,二是构建主要农作物的调控网络图谱。

随着国家《种业振兴行动方案》深入实施,此类核心技术的突破,将为保障粮食安全提供重要科技支撑。

基因调控研究的深化是现代农业科技进步的重要标志。

中国农业科学院此次研发的CSPL系统,通过创新性地整合多种先进技术,成功破解了长期困扰学界的技术难题。

这不仅体现了我国农业科研工作者的创新能力,更为农业增产、农民增收和粮食安全提供了新的科技支撑。

随着该工具的进一步推广应用,必将在新一代农业育种创新中发挥越来越重要的作用,为建设农业强国贡献科技力量。