近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊首次將SpCas9突變體SpG和SpRY應用于植物，在水稻中實現(xiàn)NRN PAM和NYN PAM的靶向操作，開發(fā)的系列工具大大擴展了CRISPR系統(tǒng)在植物基因組中的應用范圍。相關研究成果在線發(fā)表在《基因組生物學（Genome Biology）》上。

 

　　據周煥斌研究員介紹，近幾年來，基因組編輯技術發(fā)展迅速，并廣泛應用于人類基因治療、動植物分子育種等各領域。由于傳統(tǒng)的化膿鏈球菌SpCas9和后期挖掘的各Cas蛋白為典型的富含鳥嘌呤G的PAM（G-PAM）識別類型，在應用中具有一定程度的局限性。研究人員一直在尋找各種新型CRISPR/Cas系統(tǒng)，以期突破對G-PAM識別特異性的限制，擴展各基因編輯工具在生物體基因組中的靶向范圍。

 

　　該研究聚焦SpCas9的2個新型突變體SpG和SpRY，研究發(fā)現(xiàn)SpG對NG PAM具有偏好性，但其活性低于團隊之前挖掘的突變體SpCas9-NG。而SpRY在大量基因組靶位點上實現(xiàn)了高效編輯，對富含鳥嘌呤G和腺嘌呤A的PAM均具有偏好性?；赟pRY切口酶開發(fā)的胞嘧啶堿基編輯器rBE66通過識別NAG PAM對2個靶基因實現(xiàn)靶堿基定向編輯，編輯效率分別為26.00%和4.26%。將SpRY切口酶和腺苷脫氨酶TadA8e融合而開發(fā)的腺嘌呤堿基編輯器rBE62，能夠有效識別NAA、NAT和NAC PAM，對3個靶基因的堿基編輯效率分別高達29.79%、93.75%和51.28%。此外，該研究揭示了SpRY具有高頻的自編輯事件（即對T-DNA上的引導RNA序列進行編輯），而SpRY切口酶介導的堿基編輯的自編輯事件較低頻發(fā)生。這些結果表明SpRY可用于水稻基因組定點編輯，尤其是單堿基編輯，并擴寬了CRISPR技術在植物基因組中編輯范圍。該研究成果為后續(xù)基因組編輯衍生工具開發(fā)，以及將來植物基因功能研究材料和新種質材料的定制提供了有力的理論指導和技術支撐。

 

　　該研究得到中國國家自然科學基金、中國農科院科技創(chuàng)新工程等項目支持。