近日，中國(guó)水稻研究所水稻基因組編輯及無(wú)融合生殖研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)合作，成功在水稻中開(kāi)發(fā)了高效引導(dǎo)編輯系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為推動(dòng)引導(dǎo)編輯在農(nóng)業(yè)育種、作物改良等方面的快速應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)（Science China Life Sciences）》

 

　　引導(dǎo)編輯系統(tǒng)（Prime Editor, PE）可以在基因組的靶位點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)任意堿基替換和小片段精準(zhǔn)刪除、插入，為植物基因組精準(zhǔn)編輯提供了有效工具。但是，引導(dǎo)編輯系統(tǒng)目前在植物中的應(yīng)用存在精準(zhǔn)編輯效率低、靶點(diǎn)依賴性強(qiáng)等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了其在農(nóng)作物育種上的應(yīng)用。

 

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)以植物引導(dǎo)編輯PPE3系統(tǒng)為基礎(chǔ)，嘗試在引導(dǎo)RNA的 3‘末端添加結(jié)構(gòu)性RNA基序以增強(qiáng)引導(dǎo)編輯系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建立了PPE3-evopreQ1和PPE3-mpknot兩種新型引導(dǎo)編輯系統(tǒng)。研究人員分別利用上述2種新型引導(dǎo)編輯系統(tǒng)對(duì)水稻內(nèi)源 OsCDC48、OsALS、OsDEP1、OsEPSPS以及OsROC5基因進(jìn)行單個(gè)以及多個(gè)堿基的精準(zhǔn)替換。結(jié)果表明，無(wú)論是在原生質(zhì)體、抗性愈傷以及轉(zhuǎn)基因植株中，優(yōu)化的PPE3-evopreQ1 和PPE3-mpknot系統(tǒng)的基因精準(zhǔn)編輯效率均得到顯著提升，其中PPE3-evopreQ1系統(tǒng)顯著優(yōu)于PPE3-mpknot系統(tǒng)，利用PPE3-evopreQ1系統(tǒng)得到的轉(zhuǎn)基因植株中，精準(zhǔn)編輯平均效率達(dá)到10%以上，最高達(dá)到47.5%。鑒于逆轉(zhuǎn)錄酶M-MLV的最適工作溫度為42℃，高于水稻愈傷及植株培養(yǎng)溫度，研究人員進(jìn)一步嘗試在抗性愈傷培養(yǎng)階段給予適當(dāng)?shù)?2℃高溫處理以期增加引導(dǎo)編輯系統(tǒng)效率，結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)母邷靥幚泶_實(shí)可以大幅提高引導(dǎo)編輯系統(tǒng)的精準(zhǔn)編輯效率。重要的是，優(yōu)化的PPE3-evopreQ1系統(tǒng)和適當(dāng)?shù)母邷靥幚硐嘟Y(jié)合，達(dá)到了最佳編輯效率組合，所測(cè)試的8個(gè)靶位點(diǎn)均得到了精準(zhǔn)編輯的植株，精準(zhǔn)編輯效率平均達(dá)到20%以上，最高達(dá)到了60.5%。該高效引導(dǎo)編輯系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基本解決了之前精準(zhǔn)編輯效率低、靶點(diǎn)依賴性強(qiáng)的問(wèn)題，為突破農(nóng)作物現(xiàn)有種質(zhì)資源限制、根據(jù)生產(chǎn)需求人工定向進(jìn)化優(yōu)異性狀提供了重要工具，將極大加速農(nóng)作物育種進(jìn)程。

 

　　該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。

 

　　原文鏈接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2147-2