近日，中國水稻研究所水稻基因組編輯及無融合生殖研究創(chuàng)新團隊和中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所科研團隊合作，成功在水稻中開發(fā)了高效引導編輯系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的開發(fā)為推動引導編輯在農(nóng)業(yè)育種、作物改良等方面的快速應用奠定了技術基礎。相關研究成果在線發(fā)表在《中國科學：生命科學（Science China Life Sciences）》

 

　　引導編輯系統(tǒng)（Prime Editor, PE）可以在基因組的靶位點處實現(xiàn)任意堿基替換和小片段精準刪除、插入，為植物基因組精準編輯提供了有效工具。但是，引導編輯系統(tǒng)目前在植物中的應用存在精準編輯效率低、靶點依賴性強等問題，嚴重限制了其在農(nóng)作物育種上的應用。

 

　　研發(fā)團隊以植物引導編輯PPE3系統(tǒng)為基礎，嘗試在引導RNA的 3‘末端添加結構性RNA基序以增強引導編輯系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建立了PPE3-evopreQ1和PPE3-mpknot兩種新型引導編輯系統(tǒng)。研究人員分別利用上述2種新型引導編輯系統(tǒng)對水稻內(nèi)源 OsCDC48、OsALS、OsDEP1、OsEPSPS以及OsROC5基因進行單個以及多個堿基的精準替換。結果表明，無論是在原生質(zhì)體、抗性愈傷以及轉基因植株中，優(yōu)化的PPE3-evopreQ1 和PPE3-mpknot系統(tǒng)的基因精準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)得到的轉基因植株中，精準編輯平均效率達到10%以上，最高達到47.5%。鑒于逆轉錄酶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，研究人員進一步嘗試在抗性愈傷培養(yǎng)階段給予適當?shù)?2℃高溫處理以期增加引導編輯系統(tǒng)效率，結果表明，適當?shù)母邷靥幚泶_實可以大幅提高引導編輯系統(tǒng)的精準編輯效率。重要的是，優(yōu)化的PPE3-evopreQ1系統(tǒng)和適當?shù)母邷靥幚硐嘟Y合，達到了最佳編輯效率組合，所測試的8個靶位點均得到了精準編輯的植株，精準編輯效率平均達到20%以上，最高達到了60.5%。該高效引導編輯系統(tǒng)的開發(fā)基本解決了之前精準編輯效率低、靶點依賴性強的問題，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)作物育種進程。

 

　　該項研究得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項，海南省崖州灣種子實驗室等項目資助。

 

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