基因组结构变异（Structural Variants, SV）作为植物遗传多样性的关键来源，是基因组进化和优良农艺性状形成的重要推动力。因此，探索如何高效且精准地操作植物基因组结构变异对于植物性状改良及农业生物育种至关重要。当前，基于CRISPR/Cas的基因编辑技术，如Cas核酸酶、碱基编辑器(Base editors, BE)和引导编辑器(Prime editor, PE)，在植物性状改良中得到广泛应用。然而，这些技术主要局限于几个核苷酸的替换、删除或插入。虽然结合双sgRNAs的CRISPR/Cas9系统能够实现大片段DNA的删除和倒位，但其效率低且常伴随非预期编辑。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所王延鹏研究组与中国农业大学小麦研究中心合作，开发了一项名为DualPE的高效精准植物基因组大片段DNA操纵技术。这项技术能够在单子叶和双子叶植物中实现kb至Mb级染色体片段的无缝编辑。DualPE通过在目标染色体片段两端创建一对反向的3′ DNA flaps，并通过操纵这些flaps的序列和配对方式来诱导细胞内DNA修复机制的变化，从而达到精确无误的删除、替换或倒位目的。
实验结果表明，DualPE不仅在小麦中实现了高效的染色体片段删除、替换和倒位，还在本氏烟草和番茄等双子叶植物中展示了强大的大片段DNA编辑能力。此外，为了便于使用，研究团队还开发了网页版设计工具DualPE-Finder，以帮助用户快速设计编辑策略。
总的来说，这一新技术为植物基因组编辑提供了新方法，扩大了编辑规模，同时为农业生物技术和植物合成生物学的研究提供了重要技术支持。
2025年1月13日，该研究发表在Nature Plants期刊上，题为“Precise deletion, replacement, and inversion of large DNA fragments in plants using dual prime editing”的研究论文。中国农业大学小麦研究中心博士生赵一迪、硕士生黄正伟、博士生周希萌以及中国科学院遗传发育所的滕婉副研究员为该论文的共同第一作者。中国农业大学小麦研究中心宗媛教授和中国科学院遗传发育所王延鹏研究员为该论文的共同通讯作者。中国农业大学小麦研究中心的孙其信院士、倪中福教授、刘杰教授、郭伟龙教授，以及园艺学院张娜副教授对该工作给予了重要的指导和帮助。该项研究受到国家重点研发计划、农业农村部重大专项、国家自然科学基金等项目的资助。
