NatBiotechnol：高彩霞團隊開發植物基因組引導編輯技術

　　許多遺傳和育種研究表明，點突變和插入/缺失（插入和缺失, indel）可以改變農作物的優良性狀。盡管核酸酶啟動的同源介導修復（homology-directed repair, HDR）可以產生這種變化，但它受到效率低的限制。堿基編輯器是用于進行堿基轉換的強大工具，但不能用于進行堿基顛換、插入或缺失。因此，迫切需要在植物中可使用的新型基因組工程方法。

　　在此之前，美國哈佛大學的David R. Liu和他的同事們開發出一種新的稱為引導編輯（prime editing）的基因組編輯方法。這種方法使用工程化的Cas9切口酶（H840A）-逆轉錄酶（RT）融合蛋白和引導編輯向導RNA（prime editing guide RNA, pegRNA），可在人細胞中進行所需的編輯。

　　在一項新的研究中，中國科學院遺傳與發育生物學研究所的高彩霞（Gao Caixia）教授及其研究團隊對一種引導編輯系統（prime editing system, PPE）進行優化，從而在兩種主要的谷類作物中產生所需的點突變、 插入和缺失。PPE系統的主要成分是Cas9切口酶-RT融合蛋白和pegRNA。相關研究 結果近期發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為“Prime genome editing in rice and wheat”。

圖片來源：CC0 Public Domain。

　　通過使用這種PPE系統，這些研究人員在原生質體中在9個水稻位點和7個小麥位點上產生了所有12種類型的單堿基替換，以及多種點突變和小DNA片段插入，效率高達19.2%。這種PPE系統的編輯效率受到引導結合位點（primer binding site, PBS）和RT模板長度的強烈影響。

　　盡管這種PPE系統會產生副產物（脫靶效應），但是可以通過優化RT模板長度來減少這些副產物。此外，通過使用針對植物優化的PPE系統，他們發現初始的RT可以被CaMV-RT（來自花椰菜花葉病毒）和反轉錄子衍生性RT（來自大腸桿菌BL21）替換。通過使用PPE-Ribozyme（PPE-R）并在37°C下孵育，針對一些靶標的引導編輯效率也可得到改善。

　　此外，高彩霞教授和她的合作者能夠構建穩定的攜帶G-to-T點突變、多核苷酸替換和許多所需的6nt缺失的突變水稻植株，它們的產生效率接近22％。值得注意的是，使用當前的編輯工具很難產生這三種類型的突變。

　　高彩霞教授說，“盡管這種PPE系統的效率低于堿基編輯器，但是它仍然是一種吸引人的新工具，可用于產生所有12種類型的單點突變、不同替換的混合物以及插入和缺失。這種系統因此具有巨大的潛力用于開展植物育種和功能基因組學研究。”

　　參考資料：

　　1.Qiupeng Lin et al. Prime genome editing in rice and wheat. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0455-x.

　　2.Scientists optimize prime editing for rice and wheat

　　https://phys.org/news/2020-03-scientists-optimize-prime-rice-wheat.html