科學家開發出廣適用性水稻鹼基編輯系統

　　近日，中國農業科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創新團隊首次將SpCas9突變體SpG和SpRY應用於植物，在水稻中實現NRN PAM和NYN PAM的靶向操作，開發的系列工具大大擴展了CRISPR系統在植物基因組中的應用範圍。相關研究成果在線發表在《基因組生物學（Genome Biology）》上。

 

　　據周煥斌研究員介紹，近幾年來，基因組編輯技術發展迅速，並廣泛應用於人類基因治療、動植物分子育種等各領域。由於傳統的化膿鏈球菌SpCas9和後期挖掘的各Cas蛋白為典型的富含鳥嘌呤G的PAM（G-PAM）識別類型，在應用中具有一定程度的局限性。研究人員一直在尋找各種新型CRISPR/Cas系統，以期突破對G-PAM識別特異性的限制，擴展各基因編輯工具在生物體基因組中的靶向範圍。

 

　　該研究聚焦SpCas9的2個新型突變體SpG和SpRY，研究發現SpG對NG PAM具有偏好性，但其活性低於團隊之前挖掘的突變體SpCas9-NG。而SpRY在大量基因組靶位點上實現了高效編輯，對富含鳥嘌呤G和腺嘌呤A的PAM均具有偏好性。基於SpRY切口酶開發的胞嘧啶鹼基編輯器rBE66通過識別NAG PAM對2個靶基因實現靶鹼基定向編輯，編輯效率分別為26.00%和4.26%。將SpRY切口酶和腺苷脫氨酶TadA8e融合而開發的腺嘌呤鹼基編輯器rBE62，能夠有效識別NAA、NAT和NAC PAM，對3個靶基因的鹼基編輯效率分別高達29.79%、93.75%和51.28%。此外，該研究揭示了SpRY具有高頻的自編輯事件（即對T-DNA上的引導RNA序列進行編輯），而SpRY切口酶介導的鹼基編輯的自編輯事件較低頻發生。這些結果表明SpRY可用於水稻基因組定點編輯，尤其是單鹼基編輯，並擴寬了CRISPR技術在植物基因組中編輯範圍。該研究成果為後續基因組編輯衍生工具開發，以及將來植物基因功能研究材料和新種質材料的定製提供了有力的理論指導和技術支撐。

 

　　該研究得到中國國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程等項目支持。