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)新團隊升級了現(xiàn)有植物腺嘌呤堿基編輯器，成功對水稻主栽品種的4個除草劑靶標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)了一次性同時改造。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子植物學(xué)（Molecular Plant）》上。
新型ABE系統(tǒng)高效編輯水稻內(nèi)源除草劑靶標(biāo)基因OsALS1, OsTubA2, OsGS1和OsACC
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，編輯效果差強人意，不少基因組靶位點的編輯效率都較低，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。
為了實現(xiàn)對現(xiàn)有植物腺嘌呤堿基編輯器的優(yōu)化升級，該團隊研究人員對用腺嘌呤脫氨酶突變體衍生版本進行了評估，并在此基礎(chǔ)之上開發(fā)出全新版本TadA9。進一步采取TadA單體策略以及整合SurroGate系統(tǒng)，多個測試靶位點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)進行靶基因敲除的表現(xiàn)。TadA9擴大了編輯窗口范圍，尤其是對于之前難以編輯的靶位點表現(xiàn)出強勁的編輯能力。該研究還證實，TadA9能與眾多Cas9衍生蛋白和同源蛋白廣泛兼容。利用TadA9載體，該團隊成功對水稻主栽品種南粳46中的4個除草劑靶標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)了一次性同時改造，4個靶點共編輯效率高達 56.25%，其中3個靶基因的編輯效率高于80%。該研究優(yōu)化出的一系列高效腺嘌呤堿基編輯器極大地擴展了單堿基編輯技術(shù)在植物上的應(yīng)用，對植物功能基因組學(xué)研究和農(nóng)作物分子精準(zhǔn)育種改良具有重大推進作用。
該研究得到了中國農(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)、國家轉(zhuǎn)基因科技計劃、國家自然科學(xué)基金等項目支持。相關(guān)技術(shù)已申請國家發(fā)明專利并獲授權(quán)。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.02.007
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