近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在國際知名學(xué)術(shù)期刊《植物學(xué)報（Journal of Integrative Plant Biology）》在線發(fā)表了題為“CRISPR/Sc++ system-mediated genome modification in rice” 的研究論文。該論文報道了新型的CRISPR/ Sc++系統(tǒng)在水稻基因組編輯中的應(yīng)用，Sc++突變體可突破野生型ScCas9的位點依賴性，高效識別NNG PAN完成靶基因的編輯，擴寬了水稻基因組編輯的應(yīng)用范圍。

 

　　CRISPR/Cas9系統(tǒng)已成為基因組精準修飾的有效工具，有效促進了水稻功能基因組學(xué)研究和分子育種進程。然而Cas蛋白需識別特定的PAM序列， 對基因編輯靶點具有選擇性，因此擴展Cas9的識別范圍是當(dāng)前對CRISPR/Cas9系統(tǒng)（尤其是堿基編輯系統(tǒng)）優(yōu)化改良的重要方向。利用不同物種Cas9蛋白及其突變體等可在一定程度上擴寬CRISPR工具的打靶范圍。例如，應(yīng)用最廣泛的化膿性鏈球菌Cas9 （SpCas9）識別DNA靶點下游保守的NGG PAM序列。而SpCas9的突變體，如SpCas9-NG、xCas9、SpG、SpRY等（Ren et al., 2019; Xu et al., 2021），這些蛋白經(jīng)改造后也具有不同或更為靈活的PAM兼容性，在一定程度拓寬了基因組編輯工具的靶向范圍。因此，開發(fā)識別PAM靈活和編輯效率高的Cas蛋白，對于拓展CRISPR/Cas9系統(tǒng)的應(yīng)用范圍具有重要的意義。

 

　　該研究通過對ScCas9蛋白進行優(yōu)化，利用獲得的突變體Sc++對水稻堿基編輯工具進行了優(yōu)化升級。與ScCas9相比， Sc++核酸酶具有更廣泛和高效的編輯能力，在NNG（NAG、NGG、NCG和NTG）PAM處均具有很好的編輯效率?；赟c++和高效的胞嘧啶脫氨酶hAID*Δ和腺嘌呤脫氨酶TadA9，該團隊開發(fā)了水稻胞嘧啶堿基編輯器rBE71和腺嘌呤堿基編輯器rBE73b。對轉(zhuǎn)基因水稻的檢測顯示，rBE71和rBE73b均能通過識別NGG、NAG、NCG等PAM完成堿基編輯，效率分別高達39.13%和95.74%，還產(chǎn)生了除草劑抗性基因OsGS1的新等位基因。CRISPR/ Sc++系統(tǒng)有效地擴展了水稻基因組編輯工具應(yīng)用范圍，為后續(xù)基因組編輯衍生工具開發(fā)、水稻功能基因組學(xué)研究和分子設(shè)計育種提供了有力的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所科研助理馬桂根碩士和博士生曠永潔為論文共同第一作者，周煥斌研究員為通訊作者，團隊多名成員共同合作完成。該研究得到了中國國家自然科學(xué)基金和中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項的項目支持。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13166