11月15日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團隊與美國馬里蘭大學(xué)戚益平博士實驗室合作，利用改良的CRISPR/Cas12系統(tǒng)對水稻ALS基因進行雙等位替換，獲得了ALS基因精準(zhǔn)替換的純合編輯植株，為農(nóng)作物精準(zhǔn)改良提供了強有力的工具。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。
據(jù)夏蘭琴研究員介紹，借助同源重組修復(fù)途徑實現(xiàn)目的基因替換和基因定點插入，進而創(chuàng)制農(nóng)作物新種質(zhì)是基因組編輯研究的重要課題之一。但由于植物細(xì)胞內(nèi)同源重組修復(fù)發(fā)生頻率低，在很大程度上阻礙了利用CRISPR/Cas系統(tǒng)對農(nóng)作物基因進行精準(zhǔn)編輯。CRISPR/Cas12a系統(tǒng)具有組裝簡單、脫靶效率低等優(yōu)點，可對基因的5’和3’非翻譯區(qū)進行編輯，且由于Cas12a的切割位點位于PAM序列遠(yuǎn)端，還可對同一位點進行多輪基因編輯。因此，CRISPR/Cas12a系統(tǒng)的進一步研究利用將擴大基因組編輯技術(shù)的應(yīng)用范圍。
為進一步提高基因同源重組效率，該團隊在前期工作基礎(chǔ)上，以水稻ALS作為靶標(biāo)基因，利用密碼子優(yōu)化的Cas12a，使用新的策略重新構(gòu)建了ALS基因同源重組載體，并在水稻中檢測此載體的精準(zhǔn)編輯效率。結(jié)果表明，此載體構(gòu)建策略可成功介導(dǎo)水稻中ALS基因的精準(zhǔn)替換，且在T0代即獲得了15株ALS基因精準(zhǔn)替換的純合編輯植株，同源重組修復(fù)效率為1.8%；同時，該研究再次證實了在植物中，當(dāng)同源修復(fù)模板存在時，Cas12a產(chǎn)生的DNA雙鏈斷裂缺口經(jīng)合成依賴性修復(fù)方式進行修復(fù)。該研究結(jié)果對于推進CRISPR/Cas12a系統(tǒng)在植物基因組精準(zhǔn)編輯領(lǐng)域的應(yīng)用，進而快速實現(xiàn)農(nóng)作物基因的精準(zhǔn)替換和定點整合具有重要意義。
該研究得到轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程項目和“農(nóng)科英才”領(lǐng)軍人才項目資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13295
