高彩霞研究組等合作建立優化植物基因組引導編輯系統

　　近日，中科院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究組與美國哈佛大學劉汝謙研究組合作，建立并優化了適用于植物的引導編輯系統（PPE），并在重要農作物水稻和小麥基因組中實現精確的堿基替換、增添或刪除。相關成果近日在線發表于《自然—生物技術》。

　　基因組編輯技術可以定向修飾植物基因組，從而大大加速植物育種進程，是實現作物精準育種的重要技術突破。不過，目前同源重組在植物中的效率非常低，很難實現高效、穩定的植物基因組的精準編輯。

　　劉汝謙研究團隊在哺乳動物中開發了全新的基因組引導編輯系統。該系統由nCas9（H840A）融合逆轉錄酶（RT）和pegRNA兩部分組成，是一種不需要產生DNA雙鏈斷裂以及不需要供體DNA的基因組編輯方法。

　　高彩霞通過優化密碼子、啟動子和編輯條件，建立了更適用于植物的引導編輯系統。

　　研究人員通過PPE在水稻和小麥原生質體中實現了16個內源位點的精準編輯，包括12種類型的單堿基替換、多堿基替換、小片段的精準插入和刪除，編輯效率最高可達19.2%。進一步研究發現，該系統的編輯效率受到引物初始結合位點和/或逆轉錄酶模板長度等因素的影響。

　　隨后，研究人員對PPE進行了一系列的優化，發現37℃條件下培養可以顯著提升該系統的編輯效率（1.6倍），通過引入核酶，使其對pegRNA進行精準切割，也可以在部分位點提高編輯效率。最后，研究人員通過PPE成功獲得了單堿基突變、多堿基突變及精準刪除的水稻突變體植株，效率最高可達21.8%，這些突變均難以通過現有的基因編輯系統實現。

　　研究人員認為，PPE極大地擴展了植物基因組編輯范疇，為植物基因組功能解析及實現作物精準育種提供了重要技術支撐。