近日，中國農(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)隊在國際知名學(xué)術(shù)期刊《植物學(xué)報（Journal of Integrative Plant Biology）》在線發(fā)表了題為“CRISPR/Sc++ system-mediated genome modification in rice” 的研究論文。該論文報道了新型的CRISPR/ Sc++系統(tǒng)在水稻基因組編輯中的應(yīng)用，Sc++突變體可突破野生型ScCas9的位點依賴性，高效識別NNG PAN完成靶基因的編輯，擴(kuò)寬了水稻基因組編輯的應(yīng)用范圍。
CRISPR/Cas9系統(tǒng)已成為基因組精準(zhǔn)修飾的有效工具，有效促進(jìn)了水稻功能基因組學(xué)研究和分子育種進(jìn)程。然而Cas蛋白需識別特定的PAM序列， 對基因編輯靶點具有選擇性，因此擴(kuò)展Cas9的識別范圍是當(dāng)前對CRISPR/Cas9系統(tǒng)（尤其是堿基編輯系統(tǒng)）優(yōu)化改良的重要方向。利用不同物種Cas9蛋白及其突變體等可在一定程度上擴(kuò)寬CRISPR工具的打靶范圍。例如，應(yīng)用最廣泛的化膿性鏈球菌Cas9 （SpCas9）識別DNA靶點下游保守的NGG PAM序列。而SpCas9的突變體，如SpCas9-NG、xCas9、SpG、SpRY等（Ren et al., 2019; Xu et al., 2021），這些蛋白經(jīng)改造后也具有不同或更為靈活的PAM兼容性，在一定程度拓寬了基因組編輯工具的靶向范圍。因此，開發(fā)識別PAM靈活和編輯效率高的Cas蛋白，對于拓展CRISPR/Cas9系統(tǒng)的應(yīng)用范圍具有重要的意義。
該研究通過對ScCas9蛋白進(jìn)行優(yōu)化，利用獲得的突變體Sc++對水稻堿基編輯工具進(jìn)行了優(yōu)化升級。與ScCas9相比， Sc++核酸酶具有更廣泛和高效的編輯能力，在NNG（NAG、NGG、NCG和NTG）PAM處均具有很好的編輯效率?；赟c++和高效的胞嘧啶脫氨酶hAID*Δ和腺嘌呤脫氨酶TadA9，該團(tuán)隊開發(fā)了水稻胞嘧啶堿基編輯器rBE71和腺嘌呤堿基編輯器rBE73b。對轉(zhuǎn)基因水稻的檢測顯示，rBE71和rBE73b均能通過識別NGG、NAG、NCG等PAM完成堿基編輯，效率分別高達(dá)39.13%和95.74%，還產(chǎn)生了除草劑抗性基因OsGS1的新等位基因。CRISPR/ Sc++系統(tǒng)有效地擴(kuò)展了水稻基因組編輯工具應(yīng)用范圍，為后續(xù)基因組編輯衍生工具開發(fā)、水稻功能基因組學(xué)研究和分子設(shè)計育種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(hù)研究所科研助理馬桂根碩士和博士生曠永潔為論文共同第一作者，周煥斌研究員為通訊作者，團(tuán)隊多名成員共同合作完成。該研究得到了中國國家自然科學(xué)基金和中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項的項目支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13166
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