重要突破！中国农科院博士生第一作者一区top期刊（IF=10.0）开发出双子叶植物高效基因编辑体系

学术 2025-02-02 23:03 北京

近日，中国农业科学院烟草研究所烟草功能基因组创新团队在基因编辑工具开发领域取得重要进展，研发出适应于双子叶植物的高效基因编辑工具。相关研究成果发表在《分子园艺（Molecular Horticulture）》（JCR Top 1%，IF = 10.0）上。

CRISPR/Cas介导的基因编辑技术因其高效、精准和操作简单，已成为作物育种和基因功能研究中的革命性工具。该技术能够对作物的关键基因进行精准编辑，包括基因敲除、插入、替换以及调控基因表达等，为作物高产、品质和抗病等重要农艺性状改良提供了全新途径。尽管这一技术在水稻等作物中已取得显著进展，但在茄科植物，尤其是异源四倍体烟草中，仍面临多基因编辑效率低、T0代株系中纯合或双等位突变的比例较低的问题，严重制约了烟草等作物基因功能研究及育种效率的进一步提升，亟需开发更高效的编辑体系来突破这些限制。

为了解决这一难题，团队研究人员经过多年探索，筛选出一种能够驱动Cas9基因高效表达的新型启动子，改造并开发出系列优化的基因编辑工具（中国发明专利ZL202110786304.5）。与传统的编辑体系相比，优化后的工具将烟草T0代纯合或双等位突变比率提升了6-15倍，在部分位点实现近100%的纯合突变，成功突破了异源四倍体烟草纯合编辑效率低的技术瓶颈。由于钙网蛋白在植物中高度保守，课题人员进一步测试发现，该编辑体系还可大幅提升番茄和生菜的高比率纯合突变效率，有望进一步拓展在其他双子叶植物中的应用。通过克隆生菜钙网蛋白同源基因的启动子，研究团队构建的基因编辑工具在生菜和烟草中实现了八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因60%和38%的纯合或双等位突变，表明该类启动子具有广泛适用性。此外，研究人员将Cas9和烟草FT基因整合，构建了快速编辑体系，在获得相对较高突变效率的同时，缩短烟草和番茄约三分之一的再生周期，解决了烟草再生周期长的问题。

综上所述，基于钙网蛋白基因启动子的编辑工具极大地提升了双子叶植物基因组编辑效率，显著减少了筛选纯合或双等位突变体的工作量，并丰富了植物基因编辑系统的多样性。这项研究为解析双子叶植物基因功能、前体miRNAs及染色体片段删除，以及基因敲除文库的规模化应用等领域提供了理想的编辑工具。

中国农业科学院烟草研究所在读博士生李冰洁为论文第一作者，代常波副研究员为通讯作者；北京大学现代农业研究院尚云副研究员和张华伟研究员为论文的共同第一和共同通讯作者。本研究得到了中国农业科学院科技创新工程、中央级公益性科研院所基本科研业务费、烟草基因组计划重大专项和烟草病虫害监测与综合治理重点实验室等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00128-w

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