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[科技日报]植物引导基因编辑工具:这样才高效

  据澳门新葡新京农科院最新消息,该院作物科学研究所作物转基因及基因编辑技术与应用创新团队,开发出一种高效的植物引导编辑系统,成功精准编辑了水稻的外源hptII突变基因和内源OsEPSPS基因,获得了精准编辑纯合和杂合植株。这就建立起一种更高效的植物引导编辑系统,为水稻及其他作物基因组精准编辑提供了有效工具。相关研究成果新近在线发表于《分子植物(Molecular Plant)》。

  团队成员、澳门新葡新京农科院作科所研究员夏兰琴介绍,近年来,CRISPR/Cas介导的植物基因组定点编辑、单碱基替换和同源重组体系的建立和利用,在农作物基因功能研究和精准育种中发挥了重要作用,展现了广阔的发展潜力和应用前景。然而,CRISPR/Cas介导的植物基因组定点敲除技术只能在基因组特定位点产生随机插入和删除。由CRISPR/Cas系统衍生的胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑器,只能在基因组靶向位点实现C→T,G→A,A→G和T→C等4种单碱基转换,还不能实现其他类型的碱基颠换。通过同源定向修复技术,进行基因组精确编辑,在植物中的效率仍然非常低,只在少数实验室可行。

  此前,哈佛大学研究团队通过将Cas9缺刻酶nCas9与逆转录酶突变体融合,在哺乳动物中开发了一系列新的基因组精准编辑体系-引导编辑系统。该系统能够在不存在DNA双链断裂缺口和DNA供体修复模板的情况下,实现靶向插入、删除和所有类型的单碱基自由转换和颠换,为提高作物精确编辑效率提供了可能。

  团队基于动物引导编辑系统,作了进一步优化,通过利用强启动子分别启动水稻密码子优化的nCas9-逆转录酶融合基因和引导编辑向导RNA(pegRNA)与小向导RNA(sgRNA)串联体的共表达,采用体内可自我剪切的tRNA间隔pegRNA和sgRNA,并分别在豌豆Rubisco小亚基E9终止子和Nos终止子前面,添加了增强转录本稳定性的多聚腺苷酸(PolyA),构建了高效植物引导编辑器。研究人员利用上述植物引导编辑器,通过基因枪介导的遗传转化,分别对靶向水稻外源hptII突变基因和内源OsEPSPS基因进行精准基因编辑,成功获得了15株hptII精准修饰纯合植株和1株OsEPSPS基因精准修饰杂合植株,精确编辑效率分别为9.38%和2.22%。高效植物引导编辑系统的建立,有望加快农作物定向遗传改良进程。



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