近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物精準(zhǔn)育種技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出高效代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、PE3-AS和PE3-DS，并率先在水稻中實(shí)現(xiàn)多個(gè)基因同時(shí)精準(zhǔn)編輯，進(jìn)一步拓展了引導(dǎo)編輯系統(tǒng)在農(nóng)作物多基因聚合育種中的應(yīng)用。5月25日，相關(guān)成果在線發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》雜志上。

 

　　據(jù)夏蘭琴介紹，引導(dǎo)編輯系統(tǒng)（PE）能夠在不存在DNA雙鏈斷裂缺口和DNA供體修復(fù)模板的情況下，實(shí)現(xiàn)小片段靶向插入、刪除和所有類(lèi)型的單堿基自由轉(zhuǎn)換和顛換，為農(nóng)作物基因組精準(zhǔn)編輯提供了有效工具，將極大提高農(nóng)作物定向育種效率。但是，目前已報(bào)道的植物引導(dǎo)編輯存在編輯效率低、靶點(diǎn)依賴(lài)性強(qiáng)，且僅限于單個(gè)基因的引導(dǎo)編輯。

 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化PE3引導(dǎo)編輯系統(tǒng)，分別建立了基于潮霉素抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-HS、基于雙草醚抗性基因的代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-AS、基于潮霉素抗性基因和雙草醚抗性基因的雙代理引導(dǎo)基因編輯器PE3-DS。研究人員分別利用上述3種代理引導(dǎo)基因編輯器對(duì)水稻內(nèi)源  OsSPL14 、 OsDHDPS 和  OsNR2 基因進(jìn)行編輯，分別獲得了 OsSPL14 、 OsDHDPS 和  OsNR2 基因精準(zhǔn)編輯的水稻植株。與對(duì)照（PE3）相比，PE3-HS 和PE3-AS編輯器將基因精準(zhǔn)編輯效率提高了約2-14倍，雙代理PE3-DS編輯器將精準(zhǔn)編輯效率最高可提高約50倍，表明代理引導(dǎo)基因編輯器的研發(fā)和應(yīng)用可顯著提高植物引導(dǎo)編輯效率，大大節(jié)約了勞力和物力。在此基礎(chǔ)上，該研究利用雙代理PE3-DS編輯器對(duì)不同內(nèi)源基因組合： OsSPL14 和  OsDHDPS 、  OsSPL14  和  OsEPSPS 、 OsSPL14 和  OsVQ25 、 OsSPL14 和  OsCYP71A1 、  OsDHDPS 和 OsVQ25 同時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)編輯（或精準(zhǔn)編輯/基因敲除），獲得了多個(gè)內(nèi)源基因同時(shí)精準(zhǔn)編輯（或精準(zhǔn)編輯/基因敲除）的水稻新材料。代理引導(dǎo)基因編輯器的開(kāi)發(fā)和利用，為作物多基因精準(zhǔn)編輯提供了有效工具，有望在水稻等農(nóng)作物中一代實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)異等位基因聚合，大大加快育種進(jìn)程。

 

　　作科所博士研究生李慧園和碩士研究生朱紫薇為本文共同第一作者，夏蘭琴研究員和馬有志研究員為本文通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、海南崖洲灣種子實(shí)驗(yàn)室揭榜掛帥項(xiàng)目、作物分子育種國(guó)家工程研究中心等資助。

 

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.05.009