近日，中國農業科學院作物科學研究所夏蘭琴研究員領銜的小麥基因編輯與新材料創製創新研究組與華中農業大學趙雲德教授實驗室合作，成功利用定點突變獲得的突變體實現對水稻基因組的編輯，大大拓展了Cpf1的在植物基因組中的編輯範圍。相關研究成果於2018年3月20日在線發表在Cell子刊《分子植物（Molecular Plant）》雜誌上。
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，將在農作物基因功能研究和精準育種中發揮重要作用，展現了廣闊的發展潛力和應用前景。CRISPR/Cpf1作為CRISPR/Cas系統的新成員，更簡單、更精準。Cpf1蛋白最初發現於2015年，它隸屬於II類type V CRISPR系統，是比Cas9蛋白更小且更簡單的核酸內切酶。在各種不同的Cpf1蛋白中，從毛螺科菌（Lachnospiraceae bacterium ND 2006）獲得的LbCpf1蛋白在水稻中表現較佳，但由於識別的前導間隔序列「TTTV」4鹼基PAM位點序列的限制，阻礙了CRISPR/Cpf1系統在植物基因組編輯研究中的廣泛應用。
該團隊分別突變LbCpf1蛋白的2個和3個關鍵胺基酸，利用LbCpf1(RR)和LbCpf1(RVR)突變體，以水稻OsPDS和OsSBEIIb基因為靶標基因，檢測突變體對水稻基因組的編輯效率和多重基因編輯的效果。研究表明，LbCpf1(RR)變體在水稻基因組中可以成功識別「TYCV」 PAM序列，且效率最高可達51%左右。LbCpf1(RVR)突變體在水稻中未能實現靶基因編輯。生物信息學分析表明LbCpf1(RR)突變體的創製使得CRISPR/LbCpf1系統在水稻中可編輯範圍擴展到99.75%。該工作對於擴展CRISPR/Cpf1系統在植物基因組編輯研究領域的應用具有重要意義。
這是繼該團隊在2016年利用CRISPR/Cas9介導的基因組定點重組體系獲得大量抗磺醯脲類除草劑水稻和2017年在水稻中成功實現靶標基因高效單鹼基定點替換後（2次研究均發表在Molecular Plant上），在植物基因編輯研究領域的又一項重要研究進展。重要農作物CRISPR/Cpf1及其突變體介導的基因組編輯體系的建立，可望大大加快農作物基因功能研究和精準育種進程，具有重要理論價值和應用前景。
該研究得到國家重點研發計劃、轉基因專項和中國農科院創新工程資助。
（見習編輯：陳蓉蓉）