近日，中國農(nóng)科院植保所抗病蟲作物生態(tài)安全評價與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)著名期刊《植物生物技術(shù)》（Plant Biotechnology Journal）在線發(fā)表了題為《Developing glycosylase-based T-to-G and C-to-K base editors in rice》的研究論文，該研究開發(fā)了DNA糖基化酶介導(dǎo)的水稻胸腺嘧啶和胞嘧啶堿基編輯器（TGBEs和CKBEs，K=G/T），不僅豐富了水稻基因編輯工具箱，也為植物內(nèi)源抗性基因的定向進(jìn)化提供了全新的技術(shù)手段，進(jìn)一步拓展了基因編輯在作物抗性育種中的應(yīng)用潛力。
核苷酸變異，作為最主要的遺傳變異方式，在控制作物遺傳多樣性和改良作物農(nóng)藝性狀方面發(fā)揮重要作用。近年來，DNA脫氨酶介導(dǎo)的堿基編輯技術(shù)已廣泛用于基礎(chǔ)研究和生物育種領(lǐng)域，其中胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器能夠?qū)崿F(xiàn)高效的C>T和A>G精準(zhǔn)替換，糾正缺陷型抗性基因和創(chuàng)造新型優(yōu)良抗性等位基因，從而快速實(shí)現(xiàn)作物抗性遺傳改良和種質(zhì)創(chuàng)新。此外，基于鳥嘌呤DNA糖基化酶hMPGv6的水稻鳥嘌呤堿基編輯器也成功實(shí)現(xiàn)了G>T的編輯。然而，直接編輯胸腺嘧啶（T）仍是基因編輯領(lǐng)域的一個技術(shù)難題。
在該研究中，研究人員通過將DNA糖基化酶與SpCas9n融合，系統(tǒng)評估了多種人工進(jìn)化的胸腺嘧啶DNA糖基化酶變體（TDG-EKΔ、TDG3Δ和gTBEv3）和胞嘧啶DNA糖基化酶變體（CDG4Δ和gCBEv2）在水稻中的堿基編輯活性。結(jié)果表明所有胸腺嘧啶DNA糖基化酶均成功實(shí)現(xiàn)了T>G替換，其中g(shù)TBEv3的編輯效率最高（12.50%~62.50%）。CDG4Δ和gCBEv2也實(shí)現(xiàn)了高效的C編輯活性，且主要實(shí)現(xiàn)C>G和C>T替換。除了堿基替換外，TGBEs和CKBEs工具還可誘導(dǎo)產(chǎn)生各種核苷酸插入和缺失（Indels）?；贒NA糖基化酶的水稻胸腺嘧啶堿基編輯技術(shù)填補(bǔ)了植物中四種堿基編輯技術(shù)開發(fā)中的最后一個空白。結(jié)合前期開發(fā)的水稻胞嘧啶堿基編輯、腺嘌呤堿基編輯和鳥嘌呤堿基編輯等技術(shù)，目前該團(tuán)隊(duì)建立了完整的水稻堿基編輯技術(shù)體系，為作物內(nèi)源抗性基因精準(zhǔn)改良和定向進(jìn)化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，加速作物抗性遺傳改良和種質(zhì)創(chuàng)新。
中國農(nóng)科院植保所博士后曠永潔和博士研究生吳雪梅為本文共同第一作者，任斌副研究員為本文通訊作者，中國農(nóng)科院植保所周煥斌研究員、周雪平教授、嚴(yán)芳副研究員和長江大學(xué)馬東方教授也參與了研究工作。該研究得到農(nóng)業(yè)生物育種重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70063
