農(nóng)學(xué)院李正和教授團(tuán)隊在Nature Plants發(fā)文發(fā)展無需轉(zhuǎn)化的植物基因組編輯新方法
作為一項(xiàng)生命科學(xué)領(lǐng)域革命性工具，CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)為植物生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供了簡單高效的手段，但在作物遺傳改良中應(yīng)用仍受制于遺傳轉(zhuǎn)化和植物再生的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)上，CRISPR/Cas9等序列特異性核酸酶和選擇標(biāo)記基因需要借助農(nóng)桿菌或基因槍介導(dǎo)的方式導(dǎo)入受體植物細(xì)胞，進(jìn)行選擇性培養(yǎng)和植株再生。病毒載體系統(tǒng)是外源基因體內(nèi)遞送和瞬時表達(dá)的理想工具，在植物組編輯領(lǐng)域，盡管植物病毒表達(dá)載體系統(tǒng)也廣受關(guān)注，但CRISPR/Cas核酸酶基因較大的分子量（包括轉(zhuǎn)錄順式元件可達(dá)5-6 kb），遠(yuǎn)超出了已知的大多數(shù)植物病毒載體的承載能力（<1-2 kb），目前尚未有利用侵染性植物病毒載體向植物系統(tǒng)遞送CRISPR/Cas核酸酶的成功報道。
2020年6月29日，Nature Plants在線發(fā)表了浙江大學(xué)李正和教授研究組題為Highly efficient DNA-free plant genome editing using virally delivered CRISPR-Cas9?的研究論文。該研究首次報道了利用一種工程化的植物負(fù)鏈RNA彈狀病毒載體向植物體內(nèi)系統(tǒng)遞送CRISPR/Cas9核酸內(nèi)切酶，并高效產(chǎn)生可穩(wěn)定遺傳的靶向基因編輯。Nature Plants同期配發(fā)了題為Editing through infection的評論文章，對該研究進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
該研究將CRISPR/Cas9表達(dá)框插入一種負(fù)鏈RNA彈狀病毒載體，并利用tRNA加工機(jī)器對病毒轉(zhuǎn)錄的gRNA末端進(jìn)行精確剪切，構(gòu)建高效的單靶點(diǎn)、多靶點(diǎn)和染色體缺失病毒編輯載體系統(tǒng)。病毒侵染的植株組織經(jīng)再生后可獲得高達(dá)57%的純和突變體或四等位突變體（煙草為異源四倍體），產(chǎn)生的基因編輯以經(jīng)典的孟德爾遺傳方式傳遞至后代植株。該研究提供了一種不依賴于遺傳轉(zhuǎn)化、無需分離特定的受體細(xì)胞或組織、通過簡單易行的病毒侵染方法，可在植株個體水平遞送CRISPR/Cas核酸酶進(jìn)行高效基因組編輯的新方法，為作物DNA-free基因組編輯提供了新的思路。
浙江大學(xué)生物技術(shù)研究所馬曉楠博士研究生為該論文第一作者，李正和教授為通訊作者，研究生張曉艷和劉慧敏參與部分工作。中國農(nóng)科院植保所周雪平教授、美國加州大學(xué)伯克利分校Andrew Jackson教授和浙江大學(xué)作物所舒慶堯教授為研究提供了重要的幫助和建議。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、浙江省國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
? ? ? ?論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-020-0704-5
（生物技術(shù)研究所供稿）
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