近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在國際著名學(xué)術(shù)期刊 Genome Biology 在線發(fā)表了題為“SpRY greatly expands the genome editing scope in rice with highly flexible PAM recognition”的研究論文。本研究首次將SpCas9突變體SpG和SpRY應(yīng)用于植物，在水稻中實現(xiàn)NRN PAM和NYN PAM的靶向操作，所開發(fā)的系列工具大大擴展了CRISPR系統(tǒng)在植物基因組中的應(yīng)用范圍。
近幾年來，基因組編輯技術(shù)發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于人類基因治療、動植物分子育種等各領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)的 Streptococcus pyogenes Cas9（SpCas9）和后期挖掘的各Cas蛋白為典型的G-PAM識別類型，在應(yīng)用中多少具有一定程度的局限性。研究人員一直在尋找各種新型CRISPR/Cas系統(tǒng)，以期突破對G-PAM識別特異性的限制，擴展各基因編輯工具在生物體基因組中的靶向范圍。
本研究聚焦于SpCas9的兩個新型突變體SpG和SpRY，研究發(fā)現(xiàn)SpG對NG PAM具有偏好性，但其活性低于團隊之前挖掘的SpCas9-NG。而SpRY在大量基因組靶位點上實現(xiàn)了高效編輯，對G-PAM和A-PAM均具有偏好性?；赟pRY切口酶而開發(fā)的胞嘧啶堿基編輯器rBE66通過識別NAG PAM對 OsCOI2 和 BSR-K1 實現(xiàn)靶堿基定向編輯，編輯效率分別為26.00%和4.26%。將SpRY切口酶和腺苷脫氨酶TadA8e融合而開發(fā)的腺嘌呤堿基編輯器rBE62，能夠有效識別NAA、NAT和NAC PAM，對 OsMPK13 、 OsGS 和 OsGSK4 編輯效率分別高達29.79%、93.75%和51.28%。此外，本研究揭示了SpRY具有高頻的自編輯事件（即對T-DNA上的sgRNA序列進行編輯），而SpRY切口酶介導(dǎo)的堿基編輯的自編輯事件較低頻發(fā)生。這些結(jié)果表明SpRY可用于水稻基因組定點編輯，尤其是單堿基編輯，并擴寬了CRISPR技術(shù)在植物基因組中編輯范圍，為后續(xù)基因組編輯衍生工具開發(fā)，以及將來植物基因功能研究材料和新種質(zhì)材料的定制提供了有力的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所碩士生徐子妍（周雪平課題組）和博士生曠永潔（周煥斌課題組）及博士后任斌（合作導(dǎo)師：周煥斌研究員和王桂榮研究員）為共同第一作者，周煥斌研究員和周雪平教授為共同通訊作者，團隊多名成員共同合作完成，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫文獻教授和挪威生物經(jīng)濟研究所Carl Spetz也參與研究工作，本文得到了中國國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、基地平臺提質(zhì)增效技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)、中國國家轉(zhuǎn)基因科技計劃等項目支持。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02231-9
地區(qū)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
