華中農大新編輯工具助力棉花遺傳改良

發布時間：2024-09-09 12:20 原文鏈接：華中農大新編輯工具助力棉花遺傳改良

近日，華中農業大學棉花遺傳改良團隊在植物表觀遺傳調控領域取得突破，他們成功開發出一種基于CRISPR/dCas13(Rx)的新型mRNA N⁶-甲基腺苷（m⁶A）甲基化編輯工具，這一成果發表在Advanced Science雜志。該研究不僅為理解植物復雜的表觀遺傳機制提供了新的視角，而且為改善農作物的農藝性狀開辟了新途徑。

論文官網截圖。

在生命的舞臺上，RNA（核糖核酸）扮演著至關重要的角色，它是遺傳信息從DNA傳遞到蛋白質的關鍵信使。然而，這一過程并非簡單的線性傳遞，RNA分子上的各種化學修飾如同精妙的“開關”，調控基因表達。其中，m6A修飾作為真核生物mRNA中最常見的內部修飾，其動態變化深刻影響著mRNA的穩定性、翻譯效率及與蛋白質的相互作用，是調控植物生長發育和抗逆性的重要機制。

以往，科學家們主要通過遺傳擾動如基因敲除或超表達來研究m6A的功能，但這些方法往往伴隨著全局性變化，難以精準調控特定m6A位點的修飾水平。因此，直接且高效地編輯m6A修飾成為了一個亟待解決的科學難題。

華中農業大學棉花遺傳改良團隊迎難而上，他們巧妙地將無RNA剪切活性的dCas13(Rx)作為“錨定器”，分別與甲基轉移酶GhMTA（靶向RNA甲基化編輯器，TME）或去甲基轉移酶GhALKBH10（靶向RNA去甲基化編輯器，TDE）結合起來，創造出了可編程的m6A編輯工具TME和TDE。這兩個工具就像精準的“剪刀”和“橡皮擦”，能夠在特定RNA序列上精確地增加或減少m6A修飾，從而實現對基因表達的精細調控。

在實驗中，研究團隊將TME和TDE導入棉花細胞，并成功地在靶標基因GhECA1和GhDi19的特定位點上實現了m6A修飾的高效編輯。值得注意的是，當用TME編輯植物靶向GhDi19轉錄本時，不僅顯著增加了根長，還顯著增強了抗旱性，這一發現為培育耐旱棉花新品種提供了寶貴的基因資源。

基于這一研究成果，研究團隊提出了一個完整的m6A編輯平臺工作模型。他們計劃利用高通量測序技術，首先識別出與作物產量、品質和抗逆性密切相關的特定m6A修飾位點，然后利用m6A編輯工具進行精準編輯，最終通過多代篩選培育出具有優異農藝性狀的“理想植物”。

經m6A編輯的突變體，多代鑒定其表型，篩選“理想植物”。受訪單位供圖

該研究得到了生物育種重大專項、國家自然科學基金杰出青年科學基金和國家自然科學基金（面上）等項目的資助。