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Mol Plant | 北京市农林科学院杨进孝团队在稳定转化植物材料中实现任意类型的碱基替代

 昵称37581541 2020-03-31
碱基变异造成了大量的优异等位基因,是骨干育种材料的遗传基础,实现任意碱基的自由编辑因此为功能基因组学和分子育种专家所期待。虽然这两年技术发展明显提速,但现有碱基编辑技术可编辑类型少,而利用同源重组的效率又很低,难以满足行业的需求。2019年10月,哈佛大学David Liu研究团队在哺乳动物中开发了基因组引导编辑系统,为在植物中进行碱基自由编辑提供了新的方向和思路(点击查看:专家点评Nature | David Liu再出重磅基因编辑新工具,可实现碱基随意转换与增删)。

最近,北京市农林科学院玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室基因组编辑团队在Molecular Plant上发表了题为“Versatile Nucleotides Substitution in Plant Using an Improved Prime Editing System”的研究文章,成功建立了一种高效的引导编辑技术,突破了原来碱基编辑技术的限制,实现了碱基转换(C:G>T:A和A:T>G:C)及碱基颠换 (C:G>G:C,A:T>T:A,C:G>A:T和A:T>C:G),尤其在面对多碱基编辑时,该技术更加高效和精准。

该研究首先对动物中报道的引导编辑技术系统进行了启动子置换和密码子优化,并在稳定转化的幼苗材料进行了测试,发现该系统虽然工作,但与动物细胞中相比,效率普遍较低。当利用自切割多肽串联表达PE系统和筛选标记,并使用强化sgRNA引导时,引导编辑技术的效率得以大幅提升,其中增效最高的靶点效率提升了22倍,达到26%。在原来不工作的绝大多数靶点上,增效后系统都实现了碱基的精确编辑。就精确性而言,除了在两个效率较高的靶点上检测到了非预期插入和删除外,其他靶点都仅含有设计的碱基突变,表明该技术的精确度是可以信赖的。

值得一提的是,该研究选择的目标靶点大部分都是在生产实践中有重要应用价值,且现有编辑技术不能编辑或编辑效率极低的靶点,如吡氟氯禾灵除草剂抗性位点和乙酰乳酸合成酶抑制剂抗性位点等,部分展示了引导编辑技术在作物快速精确育种中的潜在价值。

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