近日，中國(guó)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)升級(jí)了現(xiàn)有植物腺嘌呤堿基編輯器，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。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子植物學(xué)（Molecular Plant）》上。
據(jù)周煥斌研究員介紹，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)用腺嘌呤脫氨酶突變體衍生版本進(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)。TadA9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)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的編輯能力。該研究還證實(shí)，TadA9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。
該研究得到了中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、基地平臺(tái)提質(zhì)增效技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)、國(guó)家轉(zhuǎn)基因科技計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利并獲授權(quán)。
據(jù)周煥斌研究員介紹，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)用腺嘌呤脫氨酶突變體衍生版本進(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)。TadA9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)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的編輯能力。該研究還證實(shí)，TadA9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。
該研究得到了中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、基地平臺(tái)提質(zhì)增效技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)、國(guó)家轉(zhuǎn)基因科技計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利并獲授權(quán)。
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