南京農大用TALENs和CRISPR實現大豆高效定向誘變

　　大豆（Glycine max（L.）Merrill.）是一種古老的多倍體植物，是具有重要經濟價值的豆科作物。大豆為食物生產和動物飼料提供了豐富的蛋白質和油。近年來，各種各樣的遺傳方法已被用來改善大豆的農業性狀。

　　CRISPR是生命進化歷史上細菌和病毒進行斗爭產生的免疫武器，自2012年以來，研究人員常用這種強大的“基因組編輯”技術，對生物的DNA序列進行修剪、切斷、替換或添加，迅速成為生命科學最熱門的技術。近期，這項熱門技術也相繼被應用于農作物的基因組編輯。例如，2015年五月二十九日在Nature子刊《Scientific Reports》發表的一項研究中，來自西北農林科技大學、中國農科院作物研究所和天津農科院的研究人員，利用CRISPR-Cas9系統，在大豆作物中成功實現了定向誘變。八月十八日，來自中國農業科學院的研究人員，在國際著名學術期刊《PLOS ONE》發表的一項研究中，成功地應用II型CRISPR/Cas9系統，在大豆靶基因中獲得并評估了高效的基因組編輯。

　　十一月十九日，在《Journal of Biotechnology》發表的一項研究中，來自南京農業大學的喻德躍教授帶領的課題組，利用兩種基因組編輯技術――TALENs和CRISPR/Cas9，在大豆中實現了高效的定向誘變，并對TALENs、使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9和使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9三種技術的打靶效率，進行了比較分析，指出GmU6-16g-1是大豆sgRNA表達的一種合適的U6promoter。

　　基因打靶（GT）對于推進基礎植物學研究和作物改良，具有重要的意義。TALENs和CRISPR/Cas9系統已被開發用于真核生物的基因組編輯，包括植物。在這項研究中，研究人員對兩個大豆基因組編輯靶標――GmPDS11和GmPDS18，進行了這兩種技術的比較分析。研究人員發現，對于大豆毛狀根中的基因打靶，利用TALENs技術的單個打靶效率范圍在17.5%至21.1%，而使用AtU6-26promoter的CRISPR/Cas9效率范圍在11.7%到18.1%，使用GmU6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9效率范圍在43.4%至48.1%，從而表明，相比較他技術而言，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9，可能是一種更有效的工具。

　　同樣的，研究人員對著三種技術進行的雙突變GT效率實驗顯示，TALENs的打靶效率為6.25%，使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9打靶效率為12.5%，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9打靶效率為43.4%至48.1%，從而表明，CRISPR/Cas9仍是同時編輯多個同源等位基因（homoeoallele）的一個更好選擇。而且，研究人員在子葉節點中觀察到了大豆轉化引起的白化和矮芽（PDS基因敲除）。

　　總而言之這些研究結果表明，TALENs和CRISPR/Cas9系統是大豆基因組編輯的一種強大工具。而且，GmU6-16g-1是大豆sgRNA表達的一種合適的U6promoter。