【中國科學(xué)報】水稻基因靶向敲入效率增高方便育種（頭版）
文章來源：分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2020-07-10 | 【打印】 【關(guān)閉】
本報訊 中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員朱健康團隊采用修飾后的DNA片段作為供體，在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換技術(shù)，高達(dá)近50%的靶向敲入效率將極大地方便植物的研究和育種。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《自然—生物技術(shù)》。
此前，CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點敲除技術(shù)只能在基因組特定位點產(chǎn)生隨機插入和刪除，精準(zhǔn)的片段插入和替換的效率一直很低，極大地限制了其在植物研究和育種上的應(yīng)用。因此，迫切需要建立更高效的植物基因組片段插入和替換技術(shù)體系。
朱健康研究組通過嘗試，發(fā)現(xiàn)將供體片段同時進行硫代修飾和磷酸化修飾后，能極大地增強CRISPR/Cas9引導(dǎo)的靶向敲入效率。研究團隊先后在14個基因位點上成功靶向敲入了各類調(diào)控元件，包括翻譯增強子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，甚至整個啟動子，供體片段最長達(dá)2049bp。通過對1393株各類T0代基因編輯水稻植株的分析發(fā)現(xiàn)，該方法的敲入效率可高達(dá)47.3%，平均效率為25%。如此高的敲入效率甚至可以同時在四個位點上實現(xiàn)多基因靶向敲入。
研究人員預(yù)計，該技術(shù)的建立將使靶向敲入成為一項和靶向敲除一樣的常規(guī)實驗，被各個植物研究和育種單位廣泛應(yīng)用。
同時，研究人員又巧妙地設(shè)計了一種片段精準(zhǔn)替換的策略，稱之為重復(fù)片段介導(dǎo)的同源重組（TR-HDR）方法。常規(guī)的HDR頻率極其低下，但他們在前期的實驗中發(fā)現(xiàn)，基因組上串聯(lián)重復(fù)片段間的HDR頻率非常高。他們利用這一現(xiàn)象，通過將修飾的片段靶向敲入目標(biāo)位點，人為制造這種串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)TR-HDR去實現(xiàn)片段替換。采用該技術(shù)，他們在五個基因位點上實現(xiàn)了片段替換和原位的Flag標(biāo)簽蛋白的精準(zhǔn)融合，效率最高達(dá)到了11.4%。這一技術(shù)突破將有助于植物學(xué)研究，并促進農(nóng)作物定向遺傳改良的進程。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-020-0581-5
《中國科學(xué)報》 (2020-07-10 第1版 要聞)
