近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《分子植物學(xué)》（Molecular Plant）上在線發(fā)表最新研究論文。該團(tuán)隊(duì)優(yōu)化升級(jí)了現(xiàn)有植物腺嘌呤堿基編輯器，并借此成功對(duì)水稻主栽品種的4個(gè)除草劑靶標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)了一次性同時(shí)改造。

 

　　論文通訊作者周煥斌介紹，近年來，由CRISPR系統(tǒng)（CRISPR1.0）與核苷酸脫氨酶為基本架構(gòu)的植物堿基編輯器（CRISPR2.0），作為一種重要技術(shù)手段在植物學(xué)基礎(chǔ)研究和作物品種改良中得到了廣泛應(yīng)用。

 

　　相對(duì)于胞嘧啶堿基編輯器的深度優(yōu)化，目前已有的腺嘌呤堿基編輯器基本采用腺嘌呤脫氨酶突變體TadA7.10，編輯效果差強(qiáng)人意，不少基因組靶位點(diǎn)的編輯效率都較低，甚至為零，嚴(yán)重限制了該技術(shù)在植物學(xué)和作物品種改良中的應(yīng)用。

 

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有植物腺嘌呤堿基編輯器的優(yōu)化升級(jí)，該團(tuán)隊(duì)研究人員對(duì)TadA7.10衍生版本進(jìn)行了評(píng)估，并在此基礎(chǔ)之上開發(fā)出全新版本TadA9。進(jìn)一步采取TadA單體策略以及整合SurroGate系統(tǒng)，多個(gè)測(cè)試靶位點(diǎn)處的堿基編輯效率逐步提高至90%以上，基本類似于CRISPR技術(shù)進(jìn)行靶基因敲除的表現(xiàn)。

 

　　在四種新TadA突變體中，TadA8e的編輯能力明顯高于TadA8.17和TadA8.20，而TadA9的編輯能力與TadA8e相當(dāng)，甚至更高，且擴(kuò)大了編輯窗口范圍。尤其是對(duì)于之前難以編輯的靶位點(diǎn)，TadA9表現(xiàn)出強(qiáng)勁的編輯能力。

 

　　該研究還證實(shí)，TadA9和TadA8e能與眾多Cas9衍生蛋白和同源蛋白廣泛兼容。利用TadA9載體，該團(tuán)隊(duì)成功對(duì)水稻主栽品種南粳46中的4個(gè)除草劑靶標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)了一次性同時(shí)改造，4個(gè)靶點(diǎn)共編輯效率高達(dá) 56.25%，其中3個(gè)靶基因的編輯效率高于80%。

 

　　該研究?jī)?yōu)化出的一系列高效腺嘌呤堿基編輯器極大地?cái)U(kuò)展了單堿基編輯技術(shù)在植物上的應(yīng)用，對(duì)植物功能基因組學(xué)研究和農(nóng)作物分子精準(zhǔn)育種改良具有重大推進(jìn)作用。

 

　　該團(tuán)隊(duì)前期還成功開發(fā)一系列植物單堿基編輯工具，用于水稻內(nèi)源靶標(biāo)基因的定點(diǎn)精準(zhǔn)改造，通過單堿基編輯和其介導(dǎo)的植物內(nèi)源基因定向進(jìn)化育種新方法，成功人工創(chuàng)制多個(gè)基因編輯新功能種質(zhì)材料。

 

　　相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)中國發(fā)明專利并獲授權(quán)（專利號(hào)ZL 2020 1 1308944.7）。

 

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.02.007