上海交通大學(xué)陸鈺明課題組開發(fā)新型水稻編輯器，實現(xiàn)高效C-to-G替換

　　近年來開發(fā)的腺嘌呤和胞嘧啶堿基編輯器（ABE和CBE）在植物上實現(xiàn)了精準(zhǔn)的A-to-G和C-to-T的定點替換，穩(wěn)定高效的特性使其得到了廣泛的應(yīng)用，但目前堿基替換類型有限。近日，上海交通大學(xué)/中科院分子植物卓越中心陸鈺明課題組與朱健康院士團隊合作在《Plant Biotechnology Journal》發(fā)表了題名為“Efficient C-to-G editing in rice using an optimized base editor”的研究論文，成功開發(fā)出一種能在水稻中實現(xiàn)高效C-to-G精準(zhǔn)替換的新型堿基編輯器。

 

　　對于植物而言，更豐富的編輯類型可創(chuàng)制更廣泛的遺傳多樣性，利于植物研究和育種。為了拓展堿基編輯器的編輯類型，研究團隊首先開發(fā)了一種用于快速評估C-to-G/A精準(zhǔn)替換的雙熒光素酶報告系統(tǒng)，在水稻原生質(zhì)體中對不同的尿嘧啶-DNA-糖苷酶、胞嘧啶脫氨酶和載體結(jié)構(gòu)等進行了一系列的摸索和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)水稻內(nèi)源的尿嘧啶-DNA-糖苷酶（OsUNG）編輯活性較高。同時將脫氨酶Anc689進行R33A突變后，進一步提高了C-to-G/A的編輯效率。研究團隊最終將C-to-G的轉(zhuǎn)換效率大幅提升了12.1倍，并將該單堿基編輯器命名為OsCGBE03。

 

　　研究團隊用CGBE系統(tǒng)對水稻6個內(nèi)源位點進行了精準(zhǔn)編輯，Hi-Tom檢測發(fā)現(xiàn)所有測試靶點均實現(xiàn)了精準(zhǔn)的C-to-G轉(zhuǎn)換（嵌合率>10%），效率最高達30.5%。同時，在編輯靶點內(nèi)也檢測到了精準(zhǔn)的小片段缺失，說明其創(chuàng)制小片段缺失突變的潛在價值。對后代植株（T1）的檢測發(fā)現(xiàn)，CGBE系統(tǒng)創(chuàng)造的多樣化編輯類型可以穩(wěn)定地遺傳到下一代，證明了該系統(tǒng)在植物精準(zhǔn)育種中的價值。后續(xù)，研究團隊利用CGBE系統(tǒng)靶向編輯了水稻ALS1基因，通過一次編輯同時創(chuàng)制了8種不同的氨基酸突變類型。通過對后代除草劑抗性進行篩選，得到兩種有效的抗除草劑突變（G628D和G628E）。同時，又編輯了水稻氮高效關(guān)鍵基因NRT1.1B的T327位點，獲得了穩(wěn)定的C-to-T（T327M）和C-to-G（T327R）突變，豐富了水稻氮高效相關(guān)的遺傳材料，展示CGBE系統(tǒng)創(chuàng)制遺傳多樣性的能力。

 

　　陸鈺明教授和南方科技大學(xué)朱健康院士為本文的共同通訊作者，中科院分子植物卓越中心田益夫博士、沈潤東博士及湖南省農(nóng)科院李祖任副研究員為本文共同第一作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等多個項目的資助。