中国农业科学院作科所成功研发高效双碱基编辑器并在水稻中实现基因定向进化

来源：作科所 2023-07-14 15:07

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物精准育种技术创新团队成功开发了一种高效、编辑范围更广的胞嘧啶和腺嘌呤双碱基编辑融合系统，利用该系统对水稻内源的OsEPSPS基因编码区进行近饱和突变，获得了高抗草

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物育种技术创新团队成功开发了一种高效、编辑范围更广的胞嘧啶和腺嘌呤双碱基编辑融合系统，利用该系统对水稻内源的OsEPSPS基因编码区进行近饱和突变，获得了高抗草甘膦的水稻新型基因资源。本研究为通过人工进化农作物重要农艺性状基因，创制新型基因资源和新种质，提供了重要技术支撑和有效工具。相关研究成果在《植物学报（Journal of Integrative Plant Biology）》在线发表。

近年来，由CRISPR/Cas系统衍生的植物基因组单碱基编辑技术体系，可以在不形成双链DNA断裂缺口（DSB）和无外源供体修复模板参与的情况下，在靶基因区实现胞嘧啶向胸腺嘧啶或腺嘌呤向鸟嘌呤的碱基替换，具有操作简便、编辑效率高等优势，在农作物基因功能研究和精准育种中发挥了重要作用。然而，该单碱基编辑技术尤其是双碱基融合编辑系统在植物中的编辑效率依然非常低，迫切需要建立更高效、编辑范围更广的植物双碱基融合编辑技术体系。

研究人员在原有单碱基编辑系统中融入不同来源的胞嘧啶和腺嘌呤脱氨酶，构建了4个潮霉素代理的胞嘧啶和腺嘌呤双碱基融合编辑系统STCBEs，通过对水稻内源基因编辑效率的测试发现，其中的STCBE-2具有更高的编辑效率和较宽的编辑窗口。进一步，该研究利用上述双碱基融合编辑系统STCBE-2，针对水稻内源OsEPSPS基因的保守结构域和预测的草甘膦结合区域进行定向进化，在预测的草甘膦结合区域发现了一个新的OsEPSPS等位基因，该等位基因突变后，赋予了水稻抗田间推荐用量四倍的草甘膦耐受性。该研究为水稻以及其他作物重要农艺性状基因的定向进化提供了有效工具，有望大大促进农作物定向遗传改良的进程。

高效胞嘧啶和腺嘌呤双碱基融合编辑系统的开发和定向进化OsEPSPS产生耐草甘膦水稻

中国农科院作科所张臣博士为论文第一作者，夏兰琴研究员为通讯作者。该研究得到国家基础科学中心项目、海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅重大项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项、农业农村部基因编辑创新利用重点实验室（海南）和国家作物分子育种工程研究中心资助。

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