Nature Plants:发现了新协同策略的协同效应 实现了基因编辑技术的新突破

来源：北京市农林科学院，2021年12月28日18:00

实现重要作物基因组的精确编辑，对于加快作物遗传改良进程具有重要意义。Prime编辑是一种基于CRISPR/Cas系统的新型精确基因组编辑技术。2020年，包括我院在内的多家实验室在植物导向编辑技术上取得了初步突破，但植物基因组中很多位点的编辑效率仍然很低，亟待突破技术瓶颈，显著提高编辑效率。近日，北京市农林厅

实现重要作物基因组的精确编辑对于加快作物改良进程具有重要意义。Prime编辑是一种基于CRISPR/Cas系统的新型精确基因组编辑技术。2020年，包括我院在内的多家实验室在植物导向编辑技术上取得了初步突破，但植物基因组中很多位点的编辑效率仍然很低，亟待突破技术瓶颈，显著提高编辑效率。

近日，北京市农林科学院玉米DNA指纹与分子育种北京重点实验室基因组编辑团队与北京大学等单位合作，发现了新战略的协同效应，在植物导向编辑技术研发上取得重大突破，实现了玉米和水稻导向编辑效率平均可提高3倍，在多个低效靶标上甚至可提高10倍以上，已在人体细胞中得到验证。研究结果于12月23日在线发表在国际顶级植物科学学术期刊《自然植物》(15.793)上，标题为“一种在植物中具有扩展范围投标能力的设计优化主编辑”。

在之前的研究中，团队发现在ALS基因靶标的逆转录酶(RT)模板中额外引入两个同义错配的碱基，可以将编辑效率提高7倍。继续使用类似的策略对水稻愈伤组织的8个靶标进行进一步测试，发现在模板中引入同义错配碱基时，有一半的靶标显著提高了编辑效率，这在人类细胞实验中也得到了验证。逆转录酶M-MLV与Cas9裂解酶变体H840A的C端融合方法被广泛用于指导植物的编辑。本研究发现，在植物的三个型靶标中，N端融合的编辑效率明显高于C端融合，但型靶标与人类细胞之间没有显著差异。稳定的转化结果表明，同义错配碱基的引入和N端融合在8个测试靶标中不同程度地提高了编辑效率。进一步研究表明，当采用“引入同义错配碱基”和“N端融合”(PE-P3-RT-M)两种策略时，存在倍增协同效应。愈伤组织中5个靶标的协同作用平均为10倍以上。另一方面，稳定转化素材的8个目标的平均编辑效率也提高了10倍以上，尤其是在无法编辑的4个目标上，实现了25%左右的平均编辑效率。为了进一步证实这种组合策略的倍增协同效应，作者在水稻和玉米中又选择了7个基因组靶标，结果显示PE-P3-RT-M策略在大多数靶标中表现出最高的协同效应。最后，作者总结了测试目标的特征形式，并对有效的目标设计提出了详细的建议。

最近，哈佛大学刘中达团队在《细胞》杂志上报道，通过瞬时表达抑制DNA错配修复(MMR)途径的蛋白质或在模板中引入沉默碱基，指导编辑的效率可以提高2.0到7.7倍。与上述研究相比，本研究不仅首次发现引入同义错配碱基可以显著提高植物的指导编辑效率，而且发现N端融合逆转录酶比C端融合更有利于植物的逆转录过程。但“引入同义错配碱基”和“N端融合”的策略结合在一起，也有倍增协同效应，

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