水稻基因组编辑研究的新发现

SCIENCE CHINA Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版，SCLS）近日在线发表了、高彩霞团队的合作研究论文：“Robust genome editing of CRISPR-Cas9 at NAG PAMs in rice”，报道了CRISPR-Cas9系统可以高效编辑水稻中含有前间区序列邻近基序（PAM）为NAG的基因位点。敬请关注！

基因组编辑是生命科学新兴的颠覆性技术之一，其中CRISPR-Cas9是当前研究最深入、运用最广泛的编辑系统。虽然CRISPR-Cas9已被广泛应用于动物、植物和微生物中进行基因组编辑，但是当前进行基因组编辑往往都局限于在NGG邻近基序处进行编辑，这严重限制了基因组可编辑的范围。前期研究通过人工创制Cas9变体或使用Cas9同源蛋白试图突破这一限制，取得了一系列重要的进展。但是与野生型Cas9相比，这些变体或同源蛋白的使用范围依然非常有限。

研究人员前期利用CRISPR-Cas9系统开展水稻基因组编辑工作时，在完成靶位点编辑后进行脱靶检测时，发现一个PAM为NAG的位点也被同时高效编辑。在动物细胞及微生物的前期实验结果揭示NAG只能够被Cas9很低频率识别，应用非常受限。因此，这一发现促使研究人员在水稻中重新评估CRISPR-Cas9系统识别NAG邻近基序的效率。

该研究通过生物信息学手段在水稻基因组上选取了5个具有一致靶标序列和不同邻近序列（分别为NGG和NAG）的位点进行基因组编辑，揭示了CRISPR-Cas9系统能够在水稻中高效识别和编辑NAG位点，在NAG处的编辑效率大约为NGG处的76.44%。与此同时，比较两种PAM的脱靶效应发现，NAG 邻近基序的靶位点的容错能力更低，表现出更低的脱靶效应。在原生质体中选取8个含有NAG邻近基序的位点进行基因组编辑，编辑效率为0.95% ~ 8.45%，而在稳定遗传转化的水稻当中，在NAG处的编辑效率可达到15.52%~ 82.14%，平均效率为43.15%。进一步的实验表明NGG和NAG两种邻近基序可以被CRISPR-Cas9系统同时进行高效的基因组编辑。

这项研究成果拓展了CRISPR-Cas9系统在水稻中的基因组可编辑范围，同时也表明在进行基因组编时需要更多考虑到在NAG邻近基序处的潜在脱靶效应。SCLS同时在线出版了德国卡尔斯鲁厄理工学院植物研究所Holger Puchta教授撰写的点评文章“Broadening the applicability of CRISPR/Cas9 in plants”，Holger Puchta教授高度评价了这项研究的理论意义与潜在应用价值。

。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国农科院科技创新工程等项目的支持。

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