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高彩霞研究组在作物基因组单碱基编辑方法研究中取得新进展

  单碱基编辑技术(Base editor)是基于CRISPR系统的新型靶基因定点修饰技术,它不需要产生DNA双链断裂(DSB)及DNA模板就可以对基因组特定碱基进行高效的替换。单碱基编辑技术可以应用于通过精确改变单个碱基实现关键氨基酸的改变,可以通过引入终止密码子实现基因的功能缺失突变,还可以对一些启动子区的调控位点进行改变实现对基因的表达调控。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组在前期研究的基础上,利用Cas9变体(nCas9-D10A)融合大肠杆菌野生型腺嘌呤脱氨酶(ecTadA)和人工定向进化的腺嘌呤脱氨酶(ecTadA*)二聚体,建立并优化出高效、精确的植物ABEAdenine Base Editor)单碱基编辑系统,在植物中实现高效的A·T>G·C碱基的替换。通过优化腺嘌呤脱氨酶二聚体的位置以及核定位信号(NLS)的位置和个数,以及测试3种不同形式的sgRNAnative sgRNA, esgRNAtRNA-sgRNA),发现ecTadA-ecTadA*-nCas9-3NLS使得A·T>G·C的替换效率提高了1.1倍,并且esgRNA具有最高的单碱基编辑效率,是native sgRNA2倍,tRNA-sgRNA3倍。在水稻转基因植株中实现了高达59.1%A·T>G·C编辑效率,并展示了通过植物ABE系统编辑的水稻表现出除草剂抗性。利用CRISPR DNA瞬时表达技术,在小麦中A·T>G·C编辑效率高达1.1%,并获得了通过植物ABE系统编辑的小麦植株。研究结果充分表明该植物ABE系统具有简单、高效、低Indels产生等特点,将为植物基因组功能解析和作物遗传改良及新品种培育提供了重要技术支撑。 

 

  该研究成果于2018529日在线发表于Genome Biology杂志 (doi: 10.1186/s13059-018-1443-z)。高彩霞研究组的博士生李超、宗媛以及王延鹏博士为该论文的共同第一作者。该研究得到国家自然基金委基础科学中心项目、科技部以及中科院的资助。