近日，中国农科院植保所抗病虫作物生态安全评价与利用创新团队在植物生物学领域的国际著名期刊《植物细胞》（The Plant Cell）上在线发表了题为“Efficient in situ epitope tagging of rice genes by nuclease-mediated prime editing”的研究论文，该研究引入了基于CRISPR/Cas核酸酶的引导编辑系统，并通过微同源介导末端连接（MMEJ）途径，实现了对水稻内源基因的高效和精确标记。这一方法提供了一种全新的编辑策略，有助于深入理解水稻内源基因的功能。
标签蛋白是生命科学研究中的重要工具，用于追踪蛋白质之间的相互作用、信号传导路径及分子机制。相较于传统转基因技术中可能因外源标签蛋白过量表达而导致的研究结果偏差，直接使用基因编辑技术对目标基因进行内源性标记能够更准确地反映这些基因在细胞内的真实功能和参与的生理生化过程。因此，开发高效的植物内源基因标签技术一直是生物技术领域的研究热点。
在这项研究中，科学家们首先建立了适用于水稻的高效率引导编辑系统，其靶位点编辑效率可达95.83%。随后，他们评估了两种DNA修复途径——非同源末端连接（NHEJ）和微同源介导末端连接（MMEJ）——在实现水稻内源基因精准标记方面的潜力。研究表明，MMEJ引导的NM-PE策略相比NHEJ引导的NN-PE策略，在标记精度和效率方面表现更佳。特别是，通过使用SpRY和ScCas9核酸酶，研究人员能够以高达70.83%的编辑效率，成功地对多个水稻内源基因进行了精准标记。此外，NM-PE策略也被证明能够在水稻中同时实现双基因的精准标记，进一步展示了其在多基因编辑方面的应用潜力。
总之，这项基于CRISPR/Cas核酸酶和MMEJ途径的NM-PE策略，不仅为水稻基因组提供了多核苷酸级别的精准操作、标记和敲除手段，还为未来水稻蛋白质组学、基因功能分析和遗传改良等研究开辟了新的道路，同时也为其他农作物和经济作物的相关研究提供了宝贵的借鉴。
中国农业科学院植物保护研究所博士研究生李雪琪（海南专项）和博士研究生张素杰为本文共同第一作者，周焕斌研究员为通讯作者，团队多名成员共同合作完成，北京农林科学院李少芳研究员、挪威生物经济研究所Carl Spetz研究员、青岛农业大学黄金光教授、中国农科院植保所周雪平教授也参与了相关研究工作。该研究得到了农业生物育种重大专项、国家重点研发计划、中国农业科学院南繁专项基金、海南省种业重点实验室和中国农业科学院创新工程等项目的支持。
