遺傳發育所開發出植物基因驅動工具

面對雜草對農業生產帶來的威脅以及入侵植物導致的環境危機等挑戰，對野生植物進行群體水平上的基因控制已成為具有潛力的策略。然而，植物基因組存在著一類自私的基因或遺傳元件，使其以超越孟德爾定律的比例傳遞給后代，被稱為基因驅動元件。受天然基因驅動元件的啟發，開發人工基因驅動工具為改造野生植物群體提供了潛在的解決方案。

近期，中國科學院遺傳與發育生物學研究所錢文峰團隊在植物中開發了名為CRISPR-Assisted Inheritance utilizing NPG1（CAIN）的基因驅動系統。該系統基于毒藥-解藥機制，通過在植物花粉中產生毒藥效應，顛覆孟德爾遺傳規律。具體而言，CRISPR/Cas9靶向切割花粉萌發所必需的基因NPG1，作為毒藥阻止花粉萌發；重新編碼的、不受CRISPR/Cas9切割的NPG1拷貝作為解藥，為攜帶基因驅動元件的花粉回補正常萌發所需的基因功能。基因驅動工具的實際應用對象為野外異交繁殖的物種，但為了保證工具開發過程的生物安全，研究人員選用了自交繁殖的擬南芥作為材料。結果顯示，CAIN在連續兩個人工雜交世代中表現出顯著的高效遺傳，高于孟德爾遺傳的期望比例50%。

CAIN有望為控制雜草數量以及保護植物多樣性等提供技術支持，并可以用于未來快速改良或抑制野生植物群體等研究。

6月17日，相關研究成果以Overriding Mendelian inheritance in Arabidopsis with a CRISPR toxin-antidote gene drive that impairs pollen germination為題，在線發表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項和中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃的支持。