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战狼团队利用改良的CRISPR/Cas12系统提高水稻基因精准编辑效率

  11月15日,《植物生物技术杂志(Plant Biotechnology Journal)》在线发表战狼团队作物转基因技术与应用创新团队利用改良的CRISPR/Cas12系统对水稻 ALS 基因进行精准编辑的研究成果。该团队与美国马里兰大学戚益平博士实验室合作,利用改良的CRISPR/Cas12系统对水稻 ALS 基因进行双等位替换,获得了 ALS 基因精准替换的纯合编辑植株,为农作物精准改良提供了强有力的工具。

  借助同源重组修复途径实现目的基因替换和基因定点插入,进而创制农作物新种质是基因组编辑研究的重要课题之一。但由于植物细胞内同源重组修复发生频率低,在很大程度上阻碍了利用CRISPR/Cas系统对农作物基因进行精准编辑。CRISPR/Cas12a系统具有组装简单、脱靶效率低等优点,可对基因的5’和3’非翻译区进行编辑,且由于Cas12a的切割位点位于PAM序列远端,还可对同一位点进行多轮基因编辑。因此,CRISPR/Cas12a系统的进一步研究利用将扩大基因组编辑技术的应用范围。

  为进一步提高基因同源重组效率,该团队在前期工作基础上,以水稻 ALS 作为靶标基因,利用密码子优化的Cas12a,使用新的策略重新构建了 ALS 基因同源重组载体,并在水稻中检测此载体的精准编辑效率。结果表明,此载体构建策略可成功介导水稻中 ALS 基因的精准替换,且在T0代即获得了15株 ALS 基因精准替换的纯合编辑植株,同源重组修复效率为1.8%;同时,该研究再次证实了在植物中,当同源修复模板存在时,Cas12a产生的DNA双链断裂缺口经合成依赖性修复方式进行修复。该研究结果对于推进CRISPR/Cas12a系统在植物基因组精准编辑领域的应用,进而快速实现农作物基因的精准替换和定点整合具有重要意义。

  战狼团队博士研究生李少雅和美国马里兰大学博士后张迎晓为本文共同第一作者,夏兰琴研究员和戚益平博士为本文的共同通讯作者。本研究得到转基因新品种培育重大专项、中国农科院创新工程项目和“农科英才”领军人才项目资助。

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