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研究成果

Plant Biotechnology Journal—陆钰明课题组开发新型水稻编辑器,实现高效C-to-G替换

发布时间:2022-05-16 

近年来开发的腺嘌呤和胞嘧啶碱基编辑器(ABE和CBE)在植物上实现了精准的A-to-G和C-to-T的定点替换,稳定高效的特性使其得到了广泛的应用,但目前碱基替换类型有限。近日,上海交通大学/中科院分子植物卓越中心陆钰明课题组与朱健康院士团队合作在《Plant Biotechnology Journal》发表了题名为“Efficient C-to-G editing in rice using an optimized base editor”的研究论文,成功开发出一种能在水稻中实现高效C-to-G精准替换的新型碱基编辑器。

对于植物而言,更丰富的编辑类型可创制更广泛的遗传多样性,利于植物研究和育种。为了拓展碱基编辑器的编辑类型,研究团队首先开发了一种用于快速评估C-to-G/A精准替换的双荧光素酶报告系统,在水稻原生质体中对不同的尿嘧啶-DNA-糖苷酶、胞嘧啶脱氨酶和载体结构等进行了一系列的摸索和优化,发现水稻内源的尿嘧啶-DNA-糖苷酶(OsUNG)编辑活性较高。同时将脱氨酶Anc689进行R33A突变后,进一步提高了C-to-G/A的编辑效率。研究团队最终将C-to-G的转换效率大幅提升了12.1倍,并将该单碱基编辑器命名为OsCGBE03。

研究团队用CGBE系统对水稻6个内源位点进行了精准编辑,Hi-Tom检测发现所有测试靶点均实现了精准的C-to-G转换(嵌合率>10%),效率最高达30.5%。同时,在编辑靶点内也检测到了精准的小片段缺失,说明其创制小片段缺失突变的潜在价值。对后代植株(T1)的检测发现,CGBE系统创造的多样化编辑类型可以稳定地遗传到下一代,证明了该系统在植物精准育种中的价值。后续,研究团队利用CGBE系统靶向编辑了水稻ALS1基因,通过一次编辑同时创制了8种不同的氨基酸突变类型。通过对后代除草剂抗性进行筛选,得到两种有效的抗除草剂突变(G628D和G628E)。同时,又编辑了水稻氮高效关键基因NRT1.1B的T327位点,获得了稳定的C-to-T(T327M)和C-to-G(T327R)突变,丰富了水稻氮高效相关的遗传材料,展示CGBE系统创制遗传多样性的能力。

陆钰明教授和南方科技大学朱健康院士为本文的共同通讯作者,中科院分子植物卓越中心田益夫博士、沈润东博士及湖南省农科院李祖任副研究员为本文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等多个项目的资助。

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