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【中国科学报】科学家建立优化植物基因组引导编辑系统

2020-03-20 中国科学报 韩扬眉
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  近日,中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组与美国哈佛大学刘汝谦研究组合作,建立并优化了适用于植物的引导编辑系统(PPE),并在重要农作物水稻和小麦基因组中实现精确的碱基替换、增添或删除。相关成果近日在线发表于《自然—生物技术》。

  基因组编辑技术可以定向修饰植物基因组,从而大大加速植物育种进程,是实现作物精准育种的重要技术突破。不过,目前同源重组在植物中的效率非常低,很难实现高效、稳定的植物基因组的精准编辑。

  刘汝谦研究团队在哺乳动物中开发了全新的基因组引导编辑系统。该系统由nCas9(H840A)融合逆转录酶(RT)和pegRNA两部分组成,是一种不需要产生DNA双链断裂以及不需要供体DNA的基因组编辑方法。

  高彩霞通过优化密码子、启动子和编辑条件,建立了更适用于植物的引导编辑系统。

  研究人员通过PPE在水稻和小麦原生质体中实现了16个内源位点的精准编辑,包括12种类型的单碱基替换、多碱基替换、小片段的精准插入和删除,编辑效率最高可达19.2%。进一步研究发现,该系统的编辑效率受到引物初始结合位点和/或逆转录酶模板长度等因素的影响。

  随后,研究人员对PPE进行了一系列的优化,发现37℃条件下培养可以显著提升该系统的编辑效率(1.6倍),通过引入核酶,使其对pegRNA进行精准切割,也可以在部分位点提高编辑效率。最后,研究人员通过PPE成功获得了单碱基突变、多碱基突变及精准删除的水稻突变体植株,效率最高可达21.8%,这些突变均难以通过现有的基因编辑系统实现。

  研究人员认为,PPE极大地扩展了植物基因组编辑范畴,为植物基因组功能解析及实现作物精准育种提供了重要技术支撑。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41587-020-0455-x

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打印 责任编辑:侯茜

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