北大教授用CRISPR技術定點改造水稻基因

　　長期以來，科學家們一直想按照人類的設計定點改造特定基因以提高水稻的產量和質量，但定點基因改造技術在水稻等植物中一直沒有突破。

　　CRISPR-Cas 系統定點突變水稻基因

　　北京大學生命科學學院的瞿禮嘉教授實驗室利用最新的CRISPR-Cas系統成功地實現了對水稻特定基因的定點突變，效率達到80%以上。這一研究成果公布在Cell Research雜志上。

　　CRISPR 是細菌或古細菌在長期演化過程中形成的抵御病毒等外來DNA的一種獲得性免疫防御機制，該機制由丹尼斯克公司的科學家于2007年發現的，很快受到很多領域科學家的重視，因為它具備非常有價值的特性：以特定的基因序列為靶向目標。CRISPR-Cas 系統在今年早些時候已被成功地用于在人、小鼠、斑馬魚、果蠅等模式動物中定點突變基因。

　　CRISPR的工作原理是 crRNA (CRISPR-derived RNA)通過堿基配對與tracrRNA(trans-activating RNA)結合形成 tracrRNA/crRNA 雙元復合體，此復合體引導內切酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA，通過人工設計這兩種RNA，可以改造形成具有引導作用的單個 sgRNA(single-guide RNA)，足以引導Cas9內切酶對DNA的定點切割。DNA雙鏈發生斷裂后，其在修復的過程中可實現定點插入、缺失、突變或修飾。

　　水稻兩基因突變效率

　　瞿禮嘉教授實驗室通過密碼子優化技術使Cas9適于在水稻中表達，并且采用了強啟動子驅動其表達。他們選定兩個基因進行CRISPR-Cas定點突變，這兩個基因分別是水稻葉綠素合成基因CAO1和分蘗夾角控制基因LAZY，結果表明，有83.3%的第一代轉基因植株中CAO1基因相應位點發生了突變，而有高達91.6%的轉基因植株中LAZY基因相應位點發生了突變，其中LAZY基因的突變純合體的比例達到50%，均表現出分蘗夾角變大的表型，這說明利用 CRISPR-Cas系統可實現對水稻特定基因的高效定點突變。

　　由此，北京大學與中科院遺傳發育所和中科院上海植物生理生態所一起成為世界上最先實現水稻特定基因定點突變的三個單位。CRISPR-Cas 定點基因突變技術可大大加快水稻功能基因組的研究，進而加快培育高產、高抗和優質的水稻品種，提高水稻的產量和品質。

　　之前利用CRISPR-Cas系統對植物基因編輯的嘗試

　　中科院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究員領導的研究小組，在水稻等植物中構建了TALEN介導的基因定點突變體系，近期該研究小組利用CRISPR- Cas系統定點突變了水稻和小麥的OsPDS和TaMLO等5個基因，結果表明，水稻轉基因植物中突變效率為4-9.4%，并在T0代收獲了純合突變體，表型為預期的矮小、白化。這項研究首次證實了CRISPR-Cas系統能用于植物的基因組編輯。研究成果發表在2013 年 8 月發表在《Nature Biotechnology》雜志上。

　　中科院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究員領導的課題組，研發出能對植物基因組定位修飾的 CRISPR-Cas技術，可對基因組中的任何位點進行編輯。研究人員定點誘變水稻、擬南芥的多個基因，都獲得了較高的突變率，并在第一代獲得純和和嵌合突變體，且呈現出預期的突變表型。研究成果發表在《Cell Research》。