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,但长期以来,科学家对基因"开关"上游调控因子的研究面临重大技术瓶颈。
传统方法需破碎细胞提取蛋白质,不仅效率低下,更会破坏蛋白质与DNA的动态结合过程,导致关键调控信息丢失。
这一困境严重制约了农作物分子设计育种的进程。
针对这一世界性难题,中国农科院研究团队创新性整合CRISPR系统的靶向定位能力与TurboID蛋白标记酶特性,构建出CSPL新型分子工具。
该系统犹如在细胞核内安装"雷达",可精准导航至目标基因区域,对周围结合的调控蛋白进行实时标记,灵敏度较传统方法提升数十倍。
研究负责人表示,该技术突破性地实现了"在生命活动正常进行的背景下捕捉分子事件",为基因调控研究开辟了新维度。
在结球甘蓝和水稻的实验中,科研人员利用该技术对光温响应基因调控区完成系统性扫描,不仅验证了已知转录因子的作用位点,更发现多个未曾报道的调控元件。
这些新发现的"分子开关"为解释作物环境适应性差异提供了关键线索。
值得注意的是,该技术具有跨物种普适性,可广泛应用于粮食、蔬菜、经济作物的基础研究与育种实践。
业内专家指出,此项突破标志着我国在表观遗传学研究领域实现从"跟跑"到"并跑"的转变。
相较于欧美国家主导的基因编辑技术,CSPL系统在调控网络解析维度更具优势,为后续开发具有自主知识产权的分子育种工具链奠定基础。
据测算,应用该技术可使性状相关基因的鉴定周期缩短60%以上,大幅降低育种研发成本。
随着全球气候变化加剧和耕地资源约束趋紧,该项成果的战略价值日益凸显。
研究团队已着手建立作物调控因子数据库,重点攻关干旱响应、养分高效利用等性状的分子机制。
农业农村部科技发展中心专家表示,该技术有望在未来3-5年内培育出抗逆增产新品种,为保障国家粮食安全提供新的科技支撑。
从“找到基因”到“读懂开关”,作物科学研究正从静态序列走向动态调控。
能够在活细胞中捕捉上游调控因子的工具,既是基础研究的重要突破,也为面向粮食安全与农业高质量发展提供了更坚实的技术支撑。
随着机制解析不断深入、关键因子持续被发现并验证,农业科技创新将更有能力以精准方式应对气候变化、病虫害与生产不确定性等挑战,为稳产增产与产业升级拓展更广阔空间。