张硕，阚俊虎，周家伟，武志强
DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0638
本文已在知网上线，欢迎下载阅读！
1 线粒体基因组编辑技术
1.1 mitoZFN
1.2 mitoTALEN
1.3 线粒体单碱基编辑技术
1.4 基于CRISPR/Cas系统的线粒体编辑技术
2 植物线粒体基因组编辑
2.1 基于TALE的植物线粒体基因组编辑技术
3 结语与展望
对mtDNA的编辑探索研究始于利用限制性内切酶（mitoRes），通过设计这些内切酶只在线粒体中表达，可以特异性消除致病mtDNA，由于可能编辑非目标位点，因此很难在临床上用于纠正各种突变。mitoZFN技术解决了特异性结合突变mtDNA的难点，提供了可编程的、精准识别的技术，结合成熟的线粒体定位技术，推动了线粒体编辑在疾病治疗中的广泛研究。mitoTALEN技术相较于mitoZFN无需依赖目标序列及其上下游序列，提高了编程的灵活性，进一步促进了线粒体编辑技术的应用。
有多项独立的研究在基于TALE的线粒体编辑工具的使用过程中观察到广泛核基因组脱靶现象，虽然MTS可以行使线粒体靶向的作用，但不可避免的存在编辑工具向核内的转运。根据mitoZFN的优化思路，向TALE与核酸酶/脱氨酶的复合体下游增加NES，可能提高复合体向线粒体的转运同时降低对核基因组的损伤。在陆地植物的应用中mitoTALEN利用的仍然是同源Fok I酶，考虑到植物线粒体基因组中具有更多高度相似的序列，利用异源二聚体Fok I酶替换同源的Fok I酶可能进一步降低线粒体基因组上的脱靶率。
基于TALE或ZF的线粒体单碱基编辑工具的迅速发展得益于脱氨酶的不断更新，研究人员通过利用人工智能（AI）辅助挖掘新型脱氨酶，以及不同酶的组合开发了一系列具有特殊优势的碱基编辑工具。在线粒体编辑技术不断接近临床要求的过程中应提高脱氨酶编辑效率，减小旁观者效率引起的脱靶率以及减小对核基因组的损伤。
具有设计简单、省时以及经济等优势的CRISPR/Cas如果实现在线粒体编辑中的高效工作，会为未来线粒体相关疾病建模和基因治疗提供强有力工具。sgRNA向线粒体内的有效运输是CRISPR/Cas在线粒体编辑应用的最大障碍。虽然线粒体在不断的输入和输出各种RNA，然而关于RNA如何运输到线粒体内的认识很有限。近期一项鉴定到首个哺乳动物RNA转运通道的研究，可能为提高RNA向线粒体内的运输提供思路。通过分析和总结靶向线粒体tRNA、rRNA的结构特征，指导修饰sgRNA结构或将rRNA作为载体，提高sgRNA进入线粒体的潜力，推动CRISPR/Cas在线粒体编辑的应用。
陆地植物线粒体基因组上有90%以上的序列为非编码区。由于缺乏线粒体基因组遗传转化技术，大量的未知序列没有进行功能解析，这些未知序列可能是由于线粒体基因组重排产生的嵌合基因（如典型的CMS相关基因）及其它未知功能的保守序列。随着各种线粒体基因组编辑技术的兴起，这些非编码区上未知序列的功能及存在意义有待探明。这些技术的出现为直接研究植物线粒体基因组的功能，尤其是为研究植物线粒体基因组上的未知序列功能提供了极大契机。在模式植物线粒体基因组中进行广泛大量的未知序列编辑，一方面，对线粒体基因组上的未知保守序列（潜在的CMS基因）进行功能和分子机制的解析，以探明其功能和表型关联的潜在意义；另一方面，挖掘线粒体基因组在进化上保守的功能序列，为线粒体基因组非编码区序列的进化变异提供功能上的解析。在此基础上指导对植物线粒体基因组的改造，进而推动线粒体基因组在作物改良中的应用。
推荐阅读：
亮点文章 | 基于CRISPR/CasX介导的水稻基因组编辑技术的建立
欢迎订阅：
1. 各地邮局订阅：邮发代号18-92
2. 科学出版社期刊发行部：电话 010-64017032；010-64017539
3. 网上购买：扫描下方二维码或在淘宝、微店搜店铺名称“中科期刊”可直接订阅
投稿、转载信息发布及合作等事宜请联系:010-82109925/82109903
官方唯一投稿系统：http://biotech.aiijournal.com
长按关注：生物技术通报
