近日,中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所周煥斌課題組、周雪平課題組和四川大學生命科學學院林宏輝課題組合作開發(fā)了一系列基于Cas9-NG的各種水稻基因組定點編輯工具,并成功用于水稻單基因敲除、多基因敲除、單堿基編輯(堿基對G·C和A·T的互換)以及靶基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《分子植物》(Molecular Plant)。
來源于化膿鏈球菌的Cas9核酸酶現(xiàn)已廣泛應用于水稻基因組編輯,有效促進了水稻功能基因組學研究和分子育種進程。Cas9在進行基因編輯的過程中需要識別靶DNA序列3’端的保守PAM(前間區(qū)序列鄰近繼續(xù))序列。由于Cas9主要識別NGG PAM序列,這極大限制了基因組范圍內(nèi)的靶DNA序列的選擇,尤其是對于特定位點核苷酸進行單堿基編輯時,往往造成無合適PAM可用。擴展PAM識別序列,將有利于擴展水稻基因組編輯應用范圍。
為此,該團隊選用Cas9突變體xCas9和Cas9-NG對水稻基因組編輯技術(shù)進行了優(yōu)化和擴展。研究發(fā)現(xiàn),Cas9-NG編輯效果優(yōu)于xCas9蛋白,并且將識別PAM序列由NGG簡化為NG,此外還能識別NAC、NTG、NTT和NCG等PAM序列。
Cas9-NG在水稻上的成功應用,在一定程度上突破PAM識別序列的限制,將水稻基因組中的可編輯位點增加了8倍,眾多之前無法進行堿基編輯的位點如今可進行操作,大大擴展了編輯范圍。
周煥斌指出,該成果對于水稻基因功能解析和分子精準育種具有重要促進作用,加速實現(xiàn)水稻缺陷型基因的修飾矯正,有利于縮短水稻育種進程和延長現(xiàn)有優(yōu)良品種的應用周期。
該研究得到了基金委自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程的資助。
相關(guān)論文鏈接:DOI:10.1016/j.molp.2019.03.010