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高彩霞研究组在小麦DNA-free基因组编辑方法研究中取得新进展

  CRISPR/Cas9是目前应用最为广泛的基因组编辑技术,已在作物基因功能研究以及品种改良中取得了巨大的成功。常规植物基因组编辑手段多通过农杆菌或基因枪的方法将CRISPR/Cas9 DNA表达框转入并整合到植物基因组中,进而发挥功能对目的基因进行编辑。但是这些方法多存在许多不足,如较高的潜在脱靶效应,易出现嵌合体,需通过后代分离方可获得无CRISPR/Cas9 DNA植物突变体。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组之前通过瞬时表达CRISPR/Cas9 DNARNA的方式对小麦基因组编辑技术进行了改进,大大降低了外源DNA的整合几率。但是,CRISPR/Cas9 DNA进入到细胞以后仍然有一定可能也会降解产生小的DNA片段整合到基因组中,而CRISPR/Cas9 RNA瞬时表达技术则对实验操作具有较高要求,生产成本也较高。 

 

  此研究通过将CRISPR/Cas9蛋白和gRNA在体外组装成核糖核蛋白复合体(RNP),再利用基因枪法将CRISPR/Cas9 RNP转入小麦细胞中,在两个六倍体小麦品种中分别对两个不同基因tagw2tagasr7进行了定点编辑,成功地在小麦中建立了全程无外源DNA的基因组编辑体系。研究结果还表明相比于CRISPR/Cas9 DNARNA瞬时表达体系,CRISPR/Cas9 RNP可以明显降低脱靶效应。这种DNA-free的基因组编辑方法具有精准、特异、简单易行、成本低廉的优势,并且成功避免了外源DNA片段整合到基因组中的潜在风险。这一利用CRISPR/Cas9 RNP实现小麦基因组编辑的方法有助于最大程度的减少监管,建立起精准、生物安全的新一代育种技术体系,加快作物基因组编辑育种产业化进程。 

 

  该研究成果于2017118日在线发表于Nature Communications杂志上(DOI: 10.1038/ncomms14261)。高彩霞研究组博士生梁振和副研究员陈坤玲为该论文的并列第一作者。相关研究得到科技部,中科院,农业部以及国家自然基金委的资助。