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                 首頁 > 科研成果
                【中國科∞學報】植物“基因剪刀”銳度“升級”
                 

                植物“基因剪刀”銳度“升級”
                科學家開發植物高效引導編輯設計策略及平臺

                 

                來源:中國科學報 韓揚眉

                 

                剪切、復制、粘貼,消除不需要的基因片段,換上想要的基因片段,這就是基因組編輯技術。這把“基因剪刀”被科學家應用在各種動植物的基因修復與改▓造中,為醫學、健康、農業等帶來了突破性革命。 

                為了更精準地實現基因組編輯,近年來,科學家不斷探索更多∑ 方法發展基因組編輯技術。

                中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員高▼彩霞團隊與中國科學院院士李家洋團隊合作開發了高效設計pegRNA,以及提高植物引導編輯效率的新策略,為實現植物基因組功能解析和作物精準育種提供了強有力的技術支撐。相關研究成果近日在線發表】於《自然—生物技術》。

                更精準的“夢想”

                2019年10月,美國哈佛大學教授劉如謙團隊開發了全新的基因組引導編輯技術(Prime Editing)。該技術能夠在基因組的靶位點處實現片段的精準插入、刪除及堿基的任意替換,被稱為是“超越CRISPR”的重大突破。

                引導編輯系統由兩部分構成:一是nCas9(H840A)與工程◤化改造的逆轉錄酶(RT)組成的融合蛋白;二是包含PBS序列和RT模板序列▆的pegRNA。

                2020年,高彩霞■團隊擴展了引導編輯技術的應用,首次在水稻和小麥中成功建立並優化了適用於植物的引導ㄨ編輯器(PPE),為實現農作物精準基因組編輯提供了技術支撐。

                “目前的引導編輯器在植物中的工作效率依舊偏♂低,需要進一步優化。”高彩霞◎告訴《中國科學報》,“我們之前的研究發現植物引導編輯效率@很大程度上受到PBS序列和RT模板序列∩的影響,這々暗示著對pegRNA序列進行合理設計有助提高引導編輯效率。”

                兩種新策◥略

                如何提升引導編輯效率並快速獲取高效形式♀的pegRNA,是植物引導編輯技術亟須解決的問題。

                一開始,研究人員篩選了高≡效形式的pegRNA,並希望能找到一般性規律。 然而,事與願違。常規實←驗方法費時費力,限制了引導編〇輯技術在植物中的應用。

                於是,研究人員另辟新路。

                由於引導編輯系統的№PBS序列與非靶標鏈結合是起始逆轉錄過程的重要條↓件,而熔解溫度(Tm)決定了兩條鏈結合的緊密程度,因此他們★推測PBS的Tm值有可能對引導系統』的編輯效率有重要影響。

                為驗證推測,研究人★員在18個內源位點進行了測試。結果表明,當PBS的Tm值為30℃左右時,引導編輯效率在多數水稻內源位點上達∮到最高,並且隨著溫度的增高或降低均呈現遞減的趨≡勢。這也驗證了他們的猜想。

                研究人員↙還設想,為一個DNA位點的正鏈和負鏈各設計◥一個pegRNA,利用DNA兩條鏈之間存在的反向互補序列,同時“啟動”細胞中的其他修復途徑,共同提高引導編輯系統效率。

                他們在15個水稻內源位點測試了該策略。結果表明,該策略與分別遞送單個pegRNA方法相比效率平均可以提升3倍。他們將該改進策略命名為“雙pegRNA策略”。

                另外,實@ 驗還表明,運用SpG變體可以進一步拓展雙pegRNA策略的編輯範圍。

                建◆立新平臺

                對於這一成果,國際同行專家給出了︼高度評價:“鑒於引導編輯技術的迅猛發展,該工作將對基※因組編輯領域產生很大影響。”

                “pegRNA的設計︾相對復雜。如何建立一個√平臺,幫助科研人員針對所需位點進行合理的設計,並構建高▃效的引導編輯策略,以方便大家使用,在這方面李家洋團隊非常有經驗。”高彩霞說。

                為此,基∞於上述兩個策略,研究人員開發了植物pegRNA設計網站PlantPegDesigner。

                該網站可以提供一系列參數供使用者根據需要進行個性化選擇,並可以推薦〖完整的pegRNA選擇、設計與構∏建方案,方便使用者快速篩Ψ選高活性pegRNA。實驗】結果表明,與常規設計方︽案或其他pegRNA設計網站相比,該網〓站設計的pegRNA具有更高的編輯效率。

                專家指出,實現重要農作物精準基因組編輯對加快農作物遺傳改良進程具有重◣要意義。下一步,研究團隊將繼續優化策略,提升網站平↑臺,為作物品種改良等提供更ζ高效、精準的新工具。

                相關論文信息:

                 

                原載於《中國科學報》 (2021-03-30 第1版 要聞)


                 
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