近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在國際著名學術期刊 Genome Biology 在線發(fā)表了題為“SpRY greatly expands the genome editing scope in rice with highly flexible PAM recognition”的研究論文。本研究首次將SpCas9突變體SpG和SpRY應用于植物，在水稻中實現(xiàn)NRN PAM和NYN PAM的靶向操作，所開發(fā)的系列工具大大擴展了CRISPR系統(tǒng)在植物基因組中的應用范圍。
近幾年來，基因組編輯技術發(fā)展迅速，并廣泛應用于人類基因治療、動植物分子育種等各領域。由于傳統(tǒng)的 Streptococcus pyogenes Cas9（SpCas9）和后期挖掘的各Cas蛋白為典型的G-PAM識別類型，在應用中多少具有一定程度的局限性。研究人員一直在尋找各種新型CRISPR/Cas系統(tǒng)，以期突破對G-PAM識別特異性的限制，擴展各基因編輯工具在生物體基因組中的靶向范圍。
本研究聚焦于SpCas9的兩個新型突變體SpG和SpRY，研究發(fā)現(xiàn)SpG對NG PAM具有偏好性，但其活性低于團隊之前挖掘的SpCas9-NG。而SpRY在大量基因組靶位點上實現(xiàn)了高效編輯，對G-PAM和A-PAM均具有偏好性。基于SpRY切口酶而開發(fā)的胞嘧啶堿基編輯器rBE66通過識別NAG PAM對 OsCOI2 和 BSR-K1 實現(xiàn)靶堿基定向編輯，編輯效率分別為26.00%和4.26%。將SpRY切口酶和腺苷脫氨酶TadA8e融合而開發(fā)的腺嘌呤堿基編輯器rBE62，能夠有效識別NAA、NAT和NAC PAM，對 OsMPK13 、 OsGS 和 OsGSK4 編輯效率分別高達29.79%、93.75%和51.28%。此外，本研究揭示了SpRY具有高頻的自編輯事件（即對T-DNA上的sgRNA序列進行編輯），而SpRY切口酶介導的堿基編輯的自編輯事件較低頻發(fā)生。這些結果表明SpRY可用于水稻基因組定點編輯，尤其是單堿基編輯，并擴寬了CRISPR技術在植物基因組中編輯范圍，為后續(xù)基因組編輯衍生工具開發(fā)，以及將來植物基因功能研究材料和新種質材料的定制提供了有力的理論指導和技術支撐。
中國農業(yè)科學院植物保護研究所碩士生徐子妍（周雪平課題組）和博士生曠永潔（周煥斌課題組）及博士后任斌（合作導師：周煥斌研究員和王桂榮研究員）為共同第一作者，周煥斌研究員和周雪平教授為共同通訊作者，團隊多名成員共同合作完成，中國農業(yè)大學孫文獻教授和挪威生物經濟研究所Carl Spetz也參與研究工作，本文得到了中國國家自然科學基金、中國農科院科技創(chuàng)新工程、基地平臺提質增效技術創(chuàng)新任務、中國國家轉基因科技計劃等項目支持。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02231-9
地區(qū)：
魯公網安備 37060202000128號
