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水稻基因组编辑工具盒再添新成员

来源:科技日报

科技日报讯 (记者瞿剑)据中国农科院最新消息,该院植物保护研究所周焕斌课题组、周雪平课题组和四川大学生命科学学院林宏辉课题组合作开发了一系列基于Cas9-NG的各种水稻基因组定点编辑工具,并成功用于水稻单基因敲除、多基因敲除、单碱基编辑(碱基对G·C和A·T的互换)以及靶基因转录激活调控。该成果对于水稻基因功能解析和分子精准育种具有重要促进作用,将加速实现水稻缺陷型基因的修饰矫正,有利于缩短水稻育种进程和延长现有优良品种的应用周期。相关研究成果新近在线发表于《分子植物》。

周焕斌研究员介绍,来源于化脓链球菌的Cas9核酸酶现已广泛应用于水稻基因组编辑,有效促进了水稻功能基因组学研究和分子育种进程。Cas9在进行基因组编辑的过程中需要识别、结合一段位于编辑位点靶DNA序列末端的保守NGG序列(该保守序列被称为PAM识别序列,N为碱基A/T/G/C中任意一种)。PAM识别序列的存在极大限制了Cas9在基因组范围内的打靶序列选择,尤其在进行单碱基编辑替换时,由于待编辑靶碱基位置是固定的,周边若无NGG序列的话,基本无法进行靶碱基的编辑替换。因此扩展或简化PAM识别序列,将有利于扩展水稻基因组编辑应用范围。

为此,研究团队选用Cas9突变体xCas9和Cas9-NG对水稻基因组编辑技术进行了优化和扩展。研究发现Cas9-NG编辑效果优于xCas9蛋白,并且将PAM识别序列由NGG简化为NG,此外还能识别NAC、NTG、NT和NCG等PAM序列。Cas9-NG在水稻上的成功应用,在一定程度上突破了PAM识别序列的限制,将水稻基因组中的可编辑位点增加了8倍,众多之前无法进行碱基编辑的位点如今可进行操作,大大扩展了编辑范围。

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