近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所夏蘭琴研究員領(lǐng)銜的小麥基因編輯與新材料創(chuàng)制創(chuàng)新研究組與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)趙云德教授實驗室合作，成功利用定點突變獲得的突變體實現(xiàn)對水稻基因組的編輯，大大拓展了Cpf1的在植物基因組中的編輯范圍。相關(guān)研究成果于2018年3月20日在線發(fā)表在Cell子刊《分子植物（Molecular Plant）》雜志上。

 

 

　　CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點編輯、單堿基替換和同源重組體系的建立和利用，將在農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種中發(fā)揮重要作用，展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。CRISPR/Cpf1作為CRISPR/Cas系統(tǒng)的新成員，更簡單、更精準(zhǔn)。Cpf1蛋白最初發(fā)現(xiàn)于2015年，它隸屬于II類type V CRISPR系統(tǒng)，是比Cas9蛋白更小且更簡單的核酸內(nèi)切酶。在各種不同的Cpf1蛋白中，從毛螺科菌（Lachnospiraceae bacterium ND 2006）獲得的LbCpf1蛋白在水稻中表現(xiàn)較佳，但由于識別的前導(dǎo)間隔 序列“TTTV”4堿基PAM位點序列的限制，阻礙了CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在植物基因組編輯研究中的廣泛應(yīng)用。

 

　　該團隊分別突變LbCpf1蛋白的2個和3個關(guān)鍵氨基酸，利用LbCpf1(RR)和LbCpf1(RVR)突變體，以水稻OsPDS和OsSBEIIb基因為靶標(biāo)基因，檢測突變體對水稻基因組的編輯效率和多重基因編輯的效果。研究表明，LbCpf1(RR)變體在水稻基因組中可以成功識別“TYCV” PAM序列，且效率最高可達(dá)51%左右。LbCpf1(RVR)突變體在水稻中未能實現(xiàn)靶基因編輯。生物信息學(xué)分析表明LbCpf1(RR)突變體的創(chuàng)制使得CRISPR/LbCpf1系統(tǒng)在水稻中可編輯范圍擴展到99.75%。該工作對于擴展CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在植物基因組編輯研究領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

 

　　這是繼該團隊在2016年利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因組定點重組體系獲得大量抗磺酰脲類除草劑水稻和2017年在水稻中成功實現(xiàn)靶標(biāo)基因高效單堿基定點替換后（2次研究均發(fā)表在Molecular Plant上），在植物基因編輯研究領(lǐng)域的又一項重要研究進展。重要農(nóng)作物CRISPR/Cpf1及其突變體介導(dǎo)的基因組編輯體系的建立，可望大大加快農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種進程，具有重要理論價值和應(yīng)用前景。

 

　　該研究得到國家重點研發(fā)計劃、轉(zhuǎn)基因專項和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程資助。（通訊員 衛(wèi)斐）

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.03.009