近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病毒病害監(jiān)測(cè)與防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和農(nóng)產(chǎn)品加工研究所合作在植物學(xué)著名期刊《植物生物技術(shù)》（Plant Biotechnology Journal）在線發(fā)表了題為“Editing of an antiviral host factor boosts plant growth and yield of plant viral vector-mediated heterologous protein expression”的研究論文。該研究利用基因編輯敲除植物的抗病毒因子NbGRP，所獲得的NbGRP突變植株不僅促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且顯著提高植物病毒表達(dá)載體介導(dǎo)的外源蛋白的表達(dá)水平，為利用植物高效生產(chǎn)外源蛋白提供了新思路。
與哺乳動(dòng)物表達(dá)系統(tǒng)相比，植物作為生物反應(yīng)器具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括更高的可擴(kuò)展性、更低的生產(chǎn)成本、更低的人類病原體污染風(fēng)險(xiǎn)以及更短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高水平蛋白表達(dá)的能力。植物病毒作為細(xì)胞內(nèi)專性寄生物，已被成功改造成蛋白表達(dá)載體，可用于疫苗、單克隆抗體等靶標(biāo)產(chǎn)物的合成。然而，受到RNA沉默等抗病毒防御反應(yīng)的影響，植物病毒載體介導(dǎo)的外源蛋白存在表達(dá)量低等缺陷，限制了其應(yīng)用范圍。如何提高目標(biāo)蛋白的表達(dá)量是利用植物病毒載體進(jìn)行外源蛋白高效表達(dá)需考慮的關(guān)鍵因素。
該研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)響應(yīng)番茄褐色皺果病毒侵染的抗病毒因子——富含甘氨酸的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)蛋白NbGRP；利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)敲除NbGRP促進(jìn)本氏煙的生長(zhǎng)，導(dǎo)致葉片增大，生物量增加2倍以上；NbGRP的敲除還增強(qiáng)了本氏煙對(duì)其它常用的植物病毒表達(dá)載體如煙草花葉病毒載體、馬鈴薯X病毒載體的敏感性，進(jìn)而顯著提高了這些病毒介導(dǎo)的綠色熒光蛋白的表達(dá)量。此外，NbGRP的敲除本氏煙還能夠顯著提高GFP納米抗體的產(chǎn)量。
相關(guān)成果提出了一種通過靶向敲除抗病毒寄主因子從而提高植物病毒表達(dá)載體介導(dǎo)的靶標(biāo)蛋白產(chǎn)量的策略。與現(xiàn)有技術(shù)敲除RDR6等抗病毒因子導(dǎo)致植株發(fā)育異常不同，該研究通過敲除NbGRP基因未觀察到明顯的發(fā)育缺陷，反而促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)，有利于進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，為疫苗、納米抗體、酶等靶標(biāo)蛋白的高效生產(chǎn)提供了重要思路。
植保所科研助理方鑄、在讀博士生趙鑫茹和杜敏為論文的共同第一作者，楊秀玲研究員、周雪平教授和農(nóng)產(chǎn)品加工研究所的郭維研究員為論文通訊作者。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、寧夏自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70089
