近日，中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种研究团队在大型经济海藻反向遗传学研究中取得重大进展，成功实现了条斑紫菜精准基因编辑，为大型经济海藻分子设计育种铺平了道路。

紫菜为重要大型经济海藻，营养丰富，味道鲜美，是中国、日本和韩国等国家主要的大型海藻养殖物种，也是经济价值最高的经济海藻。同时，紫菜所属的红藻门在光合生物进化过程中处于关键地位，被视为“节点”类群，是研究大型海藻基础生物学的潜在模式物种。然而，紫菜基因组复杂，GC含量极高，且存在大量特殊结构。因此，突破紫菜基因编辑，实现精准分子育种，是国际上多个研究团队努力攻克的世界难题。

研究团队巧妙利用紫菜生活史特征，设计了特定物种的基因编辑策略，优化了基因编辑体系，创新性地将筛选标记和Cas9基因进行富集表达，显著提高了筛选藻株的阳性率。同时，该研究首次克隆了紫菜的Pol Ⅲ型启动子，并成功用于引导RNA的表达，完成了基于CRISPR/Cas系统开展紫菜基因编辑的最后一块拼图，实现了紫菜靶向基因的精准敲除，并获得了具有育种意义的系列基因编辑藻株。这一成果的取得，表明海洋所在紫菜基因编辑的研究方面处于国际前列。

条斑紫菜功能模块设计及基因编辑载体构建  

条斑紫菜靶基因编辑结果

海洋所紫菜研究具有悠久的历史。上世纪五十年代初期，在英国藻类学家德鲁（K. M. Drew）的研究基础上，海洋所曾呈奎先生和张德瑞先生与日本藻类学家黑木宗尚（M. Kurogi）分别完成了紫菜生活史研究，找到了紫菜的“种子”来源，率先进行了丝状体规模培养，为紫菜人工养殖奠定了坚实的科学基础。上世纪五十年代末至六十年代初，在曾呈奎先生的全面规划、设计和指导下，张德瑞、赵汝英、费修绠和李家俊等先生先后突破了紫菜半人工采苗和全人工采苗关键技术“瓶颈”，为我国紫菜人工养殖提供了技术支撑。与此同时，张德瑞和郑宝福等先生科学鉴定并命名了坛紫菜，系统分析了形态结构特征，为其发展为我国主要紫菜养殖物种提供了理论依据。上世纪七十年代开始，费修绠先生系统开展了紫菜种苗工程研究，并取得了重大成功。这些成果在我国紫菜产业化发展过程中具有里程碑意义。

在海洋所前辈藻类学家研究成果的基础上，藻类生理过程与精准分子育种研究团队优化了紫菜遗传转化过程，突破了基因编辑技术“瓶颈”。该成果近期在线发表于经典植物学期刊New Phytologist（中科院1区Top期刊）上。中国科学院海洋研究所博士研究生王红、解修俊副研究员为论文共同第一作者，解修俊副研究员和王广策研究员为共同通讯作者。研究得到了山东省重点研发计划（重大科技创新工程）、国家重点研发计划等项目资助。

相关论文：Wang, H., Xie, X., Gu, W., Zheng, Z., Zhuo, J., Shao, Z., Huan, L., Zhang, B., Niu, J., Gao, S., Wang, X. and Wang, G. (2024), Gene editing of economic macroalga Neopyropia yezoensis (Rhodophyta) will promote its development into a model species of marine algae. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.20123

论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.20123