8日，記者從中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心研究人員采用修飾后的DNA片段作為供體，在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換方法，該方法的靶向敲入效率可達(dá)47.3%，將極大地方便植物研究和育種。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·生物技術(shù)》雜志上。
近年來(lái)，CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)在農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種中發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。然而，CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點(diǎn)敲除方法只能在基因組特定位點(diǎn)產(chǎn)生隨機(jī)插入和刪除，精準(zhǔn)的片段插入和替換的效率一直很低，限制了其在植物研究和育種上的應(yīng)用。“當(dāng)前，迫切需要建立更高效的植物基因組片段插入和替換方法體系。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員朱健康說(shuō)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，將供體片段同時(shí)進(jìn)行硫代修飾和磷酸化修飾后，能夠有效提高靶向敲入效率。“我們先后在各類T0代基因編輯水稻的14個(gè)基因位點(diǎn)上靶向敲入了各類DNA片段，比如翻譯增強(qiáng)子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件以及啟動(dòng)子。”朱健康說(shuō)，通過(guò)對(duì)1393株編輯后植株的分析發(fā)現(xiàn)，該方法的敲入效率最高可達(dá)47.3%，平均為25%。新方法甚至可以同時(shí)在4個(gè)位點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)多基因靶向敲入。
在此基礎(chǔ)上，研究人員又提出了一種重復(fù)片段介導(dǎo)的同源重組方法。采用該方法，研究人員在5個(gè)基因位點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了片段替換和原位標(biāo)簽蛋白的精準(zhǔn)融合，效率最高可達(dá)11.4%。
朱健康表示，片段靶向敲入和替換方法的建立將使靶向敲入成為一項(xiàng)與靶向敲除一樣的常規(guī)試驗(yàn)，并推進(jìn)農(nóng)作物定向遺傳改良的進(jìn)程。
