高效的植物引導編輯系統建立—新聞—科學網

2021-01-09 科學網

 

近日，中國農業科學院作物科學研究所（以下簡稱作科所）作物轉基因及基因編輯技術與應用創新團隊融合利用水稻密碼子優化的nCas9 （H840A）蛋白和逆轉錄酶突變體，開發了一種高效的植物引導編輯系統，成功精準編輯了水稻的外源hptII突變基因和內源OsEPSPS基因，獲得了精準編輯純合和雜合植株。相關研究成果於3月25日在線發表於《分子植物》（Molecular Plant）。

近年來，CRISPR/Cas介導的植物基因組定點編輯、單鹼基替換和同源重組體系的建立和利用，在農作物基因功能研究和精準育種中發揮了重要作用，展現了廣闊的發展潛力和應用前景。

然而，CRISPR/Cas介導的植物基因組定點敲除技術只能在基因組特定位點產生隨機插入和刪除。論文通訊作者、作科所研究員夏蘭琴介紹，由CRISPR/Cas系統衍生的胞嘧啶和腺嘌呤鹼基編輯器，只能在基因組靶向位點實現C→T，G→A，A→G和T→C等4種單鹼基轉換，還不能實現其它類型的鹼基顛換。通過同源定向修復技術進行基因組精確編輯，在植物中的效率依然非常低，只在少數實驗室可行。因此，迫切需要建立更高效的植物基因組精準編輯技術體系。

基於動物引導編輯系統已經取得的相關成果，該團隊在作物中進一步優化該系統，構建了高效植物引導編輯體系。他們將水稻密碼子優化的逆轉錄酶突變體融合在具有雙核定位信號的nCas9蛋白的C末端，使用玉米增強型啟動子Ubiquitin驅動該融合基因表達，並添加了具有增強mRNA穩定性的多聚腺苷酸結構和豌豆Rubisco小亞基E9終止子，從而終止轉錄和翻譯。進一步，使用水稻組成型Actin啟動子驅動引導編輯嚮導RNA和小嚮導RNA的共表達，採用體內可自我剪切的tRNA間隔，同時添加了多聚腺苷酸結構和Nos終止子，以增強轉錄本的穩定性和表達量。

研究人員利用上述植物引導編輯系統，分別對靶向水稻外源hptII突變基因和內源OsEPSPS基因進行精準基因編輯，成功獲得了15株hptII精準修飾純合植株和1株OsEPSPS基因精準修飾雜合植株，精確編輯效率分別為9.38%和2.22%。

高效植物引導編輯系統的建立，為水稻以及其他作物基因組精確編輯提供了有效工具，有望大大促進農作物定向遺傳改良的進程。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.011

 

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