近日，中国水稻研究所水稻基因组编辑及无融合生殖研究创新团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所科研团队合作，成功在水稻中开发了高效引导编辑系统。这一系统的开发为推动引导编辑在农业育种、作物改良等方面的快速应用奠定了技术基础。相关研究成果在线发表在《中国科学：生命科学（Science China Life Sciences）》
引导编辑系统（Prime Editor, PE）可以在基因组的靶位点处实现任意碱基替换和小片段精准删除、插入，为植物基因组精准编辑提供了有效工具。但是，引导编辑系统目前在植物中的应用存在精准编辑效率低、靶点依赖性强等问题，严重限制了其在农作物育种上的应用。
研发团队以植物引导编辑PPE3系统为基础，尝试在引导RNA的 3‘末端添加结构性RNA基序以增强引导编辑系统的稳定性，建立了PPE3-evopreQ1和PPE3-mpknot两种新型引导编辑系统。研究人员分别利用上述2种新型引导编辑系统对水稻内源 OsCDC48、OsALS、OsDEP1、OsEPSPS以及OsROC5基因进行单个以及多个碱基的精准替换。结果表明，无论是在原生质体、抗性愈伤以及转基因植株中，优化的PPE3-evopreQ1 和PPE3-mpknot系统的基因精准编辑效率均得到显著提升，其中PPE3-evopreQ1系统显著优于PPE3-mpknot系统，利用PPE3-evopreQ1系统得到的转基因植株中，精准编辑平均效率达到10%以上，最高达到47.5%。鉴于逆转录酶M-MLV的最适工作温度为42℃，高于水稻愈伤及植株培养温度，研究人员进一步尝试在抗性愈伤培养阶段给予适当的42℃高温处理以期增加引导编辑系统效率，结果表明，适当的高温处理确实可以大幅提高引导编辑系统的精准编辑效率。重要的是，优化的PPE3-evopreQ1系统和适当的高温处理相结合，达到了最佳编辑效率组合，所测试的8个靶位点均得到了精准编辑的植株，精准编辑效率平均达到20%以上，最高达到了60.5%。该高效引导编辑系统的开发基本解决了之前精准编辑效率低、靶点依赖性强的问题，为突破农作物现有种质资源限制、根据生产需求人工定向进化优异性状提供了重要工具，将极大加速农作物育种进程。
该项研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项，海南省崖州湾种子实验室等项目资助。
原文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2147-2
日期：2022-07-07
