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科学家开发出广适用性水稻碱基编辑系统

2021-01-11 09:46:12来源:中国农业科学院植物保护研究所作者:欧阳灿彬
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  近日,中国农业科学院植物保护研究所作物有害生物功能基因组研究创新团队首次将SpCas9突变体SpG和SpRY应用于植物,在水稻中实现NRN PAM和NYN PAM的靶向操作,开发的系列工具大大扩展了CRISPR系统在植物基因组中的应用范围。相关研究成果在线发表在《基因组生物学(Genome Biology)》上。
  据周焕斌研究员介绍,近几年来,基因组编辑技术发展迅速,并广泛应用于人类基因治疗、动植物分子育种等各领域。由于传统的化脓链球菌SpCas9和后期挖掘的各Cas蛋白为典型的富含鸟嘌呤G的PAM(G-PAM)识别类型,在应用中具有一定程度的局限性。研究人员一直在寻找各种新型CRISPR/Cas系统,以期突破对G-PAM识别特异性的限制,扩展各基因编辑工具在生物体基因组中的靶向范围。
  该研究聚焦SpCas9的2个新型突变体SpG和SpRY,研究发现SpG对NG PAM具有偏好性,但其活性低于团队之前挖掘的突变体SpCas9-NG。而SpRY在大量基因组靶位点上实现了高效编辑,对富含鸟嘌呤G和腺嘌呤A的PAM均具有偏好性。基于SpRY切口酶开发的胞嘧啶碱基编辑器rBE66通过识别NAG PAM对2个靶基因实现靶碱基定向编辑,编辑效率分别为26.00%和4.26%。将SpRY切口酶和腺苷脱氨酶TadA8e融合而开发的腺嘌呤碱基编辑器rBE62,能够有效识别NAA、NAT和NAC PAM,对3个靶基因的碱基编辑效率分别高达29.79%、93.75%和51.28%。此外,该研究揭示了SpRY具有高频的自编辑事件(即对T-DNA上的引导RNA序列进行编辑),而SpRY切口酶介导的碱基编辑的自编辑事件较低频发生。这些结果表明SpRY可用于水稻基因组定点编辑,尤其是单碱基编辑,并扩宽了CRISPR技术在植物基因组中编辑范围。该研究成果为后续基因组编辑衍生工具开发,以及将来植物基因功能研究材料和新种质材料的定制提供了有力的理论指导和技术支撑。
  该研究得到中国国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程等项目支持。

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