紫花苜蓿自身抗寒性较弱，多数品种难以在高寒牧场成功越冬，这极大限制了高寒地区的高蛋白饲草供应和畜牧业高质量发展，而利用高寒牧场的乡土野生苜蓿资源从头驯化新品种能缓解高寒牧场的高蛋白饲草缺乏的问题。青藏高原及周边高海拔地区存在少数几种野生苜蓿属植物，天蓝苜蓿（Medicago lupulina L.）即其中之一。天蓝苜蓿的生境多样，自然分布在从海平面到海拔4,000米以上的环境中，具有较强的环境适应能力。天蓝苜蓿粗蛋白含量较高（22%—25%）、粗纤维含量较低，在优质牧草开发和紫花苜蓿遗传改良方面具有重要潜力，但高质量参考基因组和稳定遗传转化体系的缺乏严重制约了天蓝苜蓿重要性状的功能解析与育种利用。

近日，中国科学院昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应专题组以采自西藏拉萨海拔约3,800米的野生天蓝苜蓿为材料，利用T2T技术组装了其高质量参考基因组，为研究天蓝苜蓿的基因表达、调控区域、重复序列和染色体结构变异提供了可靠信息。并以这一高海拔种群的种子为外植体，系统优化了组织培养条件，成功建立了农杆菌介导的遗传转化体系。在此基础上，选择调控复叶发育的PINNATE-LIKE PENTAFOLIATA1（PINNA1）同源基因作为靶基因，构建了靶向MlPINNA1的CRISPR/Cas9编辑载体，获得了3个MlPINNA1的基因编辑株系，基因编辑效率为2.83%。Mlpinna1 编辑株系表现出五小叶复叶的表型，进一步验证了MlPINNA1在调控天蓝苜蓿复叶发育中的功能。天蓝苜蓿高质量基因组的组装和高效基因编辑体系的建立为利用天蓝苜蓿的基因资源提升紫花苜蓿对高海拔的适应性、从头驯化适应高海拔的苜蓿新种质奠定了重要的基础。

研究成果以T2T genome assembly and CRISPR/Cas9 editing of Medicago lupulina为题发表在Journal of Integrative Plant Biology上。

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