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科研创新进展:利用SpG和SpRY变体极大拓展水稻基因组编辑范围

来源:中国水稻研究所作者:重点实验室发布时间:2021-01-13

        近日,我所王克剑团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队合作,在Science China Life Sciences在线发表了题为 Expanding the scope of genome editing with SpG and SpRY variants in rice的研究论文。该研究发现,SpG变体在水稻中可有效地识别NGN PAM并具有较高的基因编辑效率。SpRY变体近乎不受PAM序列的限制,但是其对NNR和NRN PAM(R=A/G)具有偏好性。

      CRISPR/Cas9技术自问世以来因其强大、高效、便捷的特点得到迅速发展和广泛应用,大大加快了植物功能基因组研究和种质资源创新进程。然而,天然的SpCas9蛋白精准识别基因序列受限于一段NGG和NAG PAM (Protospacer adjacent motif) 的邻近核苷酸序列。我所王克剑团队和中科院遗传与发育生物学研究所李家洋团队长期致力于植物基因组编辑工具开发工作,合作发展了一系列SpCas9的变体(SpCas9-VQR, SpCas9-VRER, xCas9)以及同源蛋白(ScCas9),将PAM由经典的NGG、NAG拓展为只受一个G的限制,但依然无法做到不受PAM的限制。

      为了检测SpG和SpRY这两种变体在水稻中的基因编辑情况,研究团队分别在水稻愈伤组织和植株中对SpG和SpRY分别识别NGN 和 NNN PAM的基因编辑情况进行了检测。研究结果显示,SpG变体在水稻中可有效地识别NGN PAM并具有较高的基因编辑效率。SpRY变体在PAM的识别上具有明显地偏好性,即NRN>NYN。并且相较于传统的SpCas9,SpRY变体更容易产生较大片段(>3bp)的缺失。以上研究结果表明,SpG和SpRY变体极大扩展了水稻基因组的可编辑范围,几乎不再受到PAM的限制,为后续植物功能基因组的研究和作物改良提供了技术支撑。

      相关研究得到国家转基因专项和中国农科院创新工程经费资助。我所任俊博士、遗传所孟祥兵副研究员、我所胡风越硕士为论文的共同第一作者,我所王春研究员和遗传所余泓副研究员为该论文的共同通讯作者,扬州大学严长杰教授也参与了研究工作。

      原文链接:http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-020-1883-5


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