近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所夏蘭琴研究員領(lǐng)銜的小麥基因編輯與新材料創(chuàng)制創(chuàng)新研究組與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)趙云德教授實(shí)驗(yàn)室合作，成功利用定點(diǎn)突變獲得的突變體實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻基因組的編輯，大大拓展了Cpf1的在植物基因組中的編輯范圍。相關(guān)研究成果于2018年3月20日在線發(fā)表在Cell子刊《分子植物（Molecular Plant）》雜志上。
CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點(diǎn)編輯、單堿基替換和同源重組體系的建立和利用，將在農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種中發(fā)揮重要作用，展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。CRISPR/Cpf1作為CRISPR/Cas系統(tǒng)的新成員，更簡(jiǎn)單、更精準(zhǔn)。Cpf1蛋白最初發(fā)現(xiàn)于2015年，它隸屬于II類type V CRISPR系統(tǒng)，是比Cas9蛋白更小且更簡(jiǎn)單的核酸內(nèi)切酶。在各種不同的Cpf1蛋白中，從毛螺科菌（Lachnospiraceae bacterium ND 2006）獲得的LbCpf1蛋白在水稻中表現(xiàn)較佳，但由于識(shí)別的前導(dǎo)間隔 序列“TTTV”4堿基PAM位點(diǎn)序列的限制，阻礙了CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在植物基因組編輯研究中的廣泛應(yīng)用。
該團(tuán)隊(duì)分別突變LbCpf1蛋白的2個(gè)和3個(gè)關(guān)鍵氨基酸，利用LbCpf1(RR)和LbCpf1(RVR)突變體，以水稻OsPDS和OsSBEIIb基因?yàn)榘袠?biāo)基因，檢測(cè)突變體對(duì)水稻基因組的編輯效率和多重基因編輯的效果。研究表明，LbCpf1(RR)變體在水稻基因組中可以成功識(shí)別“TYCV” PAM序列，且效率最高可達(dá)51%左右。LbCpf1(RVR)突變體在水稻中未能實(shí)現(xiàn)靶基因編輯。生物信息學(xué)分析表明LbCpf1(RR)突變體的創(chuàng)制使得CRISPR/LbCpf1系統(tǒng)在水稻中可編輯范圍擴(kuò)展到99.75%。該工作對(duì)于擴(kuò)展CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在植物基因組編輯研究領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
這是繼該團(tuán)隊(duì)在2016年利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因組定點(diǎn)重組體系獲得大量抗磺酰脲類除草劑水稻和2017年在水稻中成功實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)基因高效單堿基定點(diǎn)替換后（2次研究均發(fā)表在Molecular Plant上），在植物基因編輯研究領(lǐng)域的又一項(xiàng)重要研究進(jìn)展。重要農(nóng)作物CRISPR/Cpf1及其突變體介導(dǎo)的基因組編輯體系的建立，可望大大加快農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種進(jìn)程，具有重要理論價(jià)值和應(yīng)用前景。
該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、轉(zhuǎn)基因專項(xiàng)和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.03.009
