近日，中國農科院植保所抗病蟲作物生態(tài)安全評價與利用創(chuàng)新團隊在植物學著名期刊《植物生物技術》（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，也為植物內源抗性基因的定向進化提供了全新的技術手段，進一步拓展了基因編輯在作物抗性育種中的應用潛力。
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藝性狀方面發(fā)揮重要作用。近年來，DNA脫氨酶介導的堿基編輯技術已廣泛用于基礎研究和生物育種領域，其中胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器能夠實現高效的C>T和A>G精準替換，糾正缺陷型抗性基因和創(chuàng)造新型優(yōu)良抗性等位基因，從而快速實現作物抗性遺傳改良和種質創(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現了G>T的編輯。然而，直接編輯胸腺嘧啶（T）仍是基因編輯領域的一個技術難題。
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。結果表明所有胸腺嘧啶DNA糖基化酶均成功實現了T>G替換，其中gTBEv3的編輯效率最高（12.50%~62.50%）。CDG4Δ和gCBEv2也實現了高效的C編輯活性，且主要實現C>G和C>T替換。除了堿基替換外，TGBEs和CKBEs工具還可誘導產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填補了植物中四種堿基編輯技術開發(fā)中的最后一個空白。結合前期開發(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，目前該團隊建立了完整的水稻堿基編輯技術體系，為作物內源抗性基因精準改良和定向進化提供了強大的技術支撐，加速作物抗性遺傳改良和種質創(chuàng)新。
中國農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，中國農科院植保所周煥斌研究員、周雪平教授、嚴芳副研究員和長江大學馬東方教授也參與了研究工作。該研究得到農業(yè)生物育種重大專項、國家自然科學基金、中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程和中國博士后科學基金等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70063
