aBIOTECH | 王文团队及合作者发现新型TnpB转座子核酸酶工具可以对植物基因组进行有效编辑

基因编辑技术的建立和发展极大促进了生命科学领域的研究以及应用，CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12作为最常用的两种基因编辑系统已经被广泛应用于动物、植物以及微生物基因编辑。Cas9含有1000-1500个氨基酸，Cas12a含有1100-1300个氨基酸，都相对较大，对于递送过程有较大限制。TnpB是由IS200/IS605等原核转座子家族编码，在进化上可能是Cas12的祖先，仅含有400-500个氨基酸，作为微型基因编辑工具有较大开发应用潜力，最近中国科学院动物所王皓毅和张勇研究员团队发现多种TnpB系统可以用于动物以及微生物的基因编辑，但是否能用于植物基因编辑尚不清楚。

近日，西北工业大学王文教授与王皓毅和张勇研究员团队以及三杰牧草（杨凌）研究院有限公司联合在aBIOTECH 发表了题为“Genome editing in plants using the TnpB transposase system”的研究论文，首次使用多种TnpB系统成功在水稻中进行基因编辑，表明TnpB转座子核酸酶适合开发成为一种新的植物基因组编辑工具，有助于推动植物基础研究及农业育种。

为了探究转座子核酸酶在植物中的基因编辑能力，作者挑选了ISAam1 (369 aa)、ISYmu1 (382 aa)和ISDra2 (408 aa)三种已经在动物细胞和微生物中验证有较高编辑效率的转座子核酸酶系统进行测试，其中ISAam1核酸酶识别5′-TTTAA TAM，ISDra2和ISYmu1核酸酶均识别5′-TTGAT TAM。作者构建了针对水稻的三套TnpB系统编辑载体，使用OsUbi 启动子驱动TnpB核酸酶表达，使用OsU6a 启动子驱动reRNA的转录。

首先，作者分别构建靶向水稻OsPDS 内源基因两个位点的载体并进行水稻的稳定遗传转化。表型分析和Sanger测序结果表明，ISDra2和ISYmu1 TnpB系统可诱导产生白化苗水稻并成功编辑了两个OsPDS 目标位点，而在ISAam1系统中并未观察到编辑事件。随后，作者针对ISDra2和ISYmu1系统靶向两个OsPDS 位点分别选取了1株白化苗进行全基因组测序以评估TnpB系统在植物基因编辑中的精准性，全基因组测序分析结果表明，两种TnpB系统在预测的潜在脱靶位点附近均未检测到突变。

图 1 在植物中使用TnpB转座子核酸酶进行基因编辑

为了进一步评估三种TnpB系统在水稻中的基因编辑效果，作者为每个TnpB系统在另外两个水稻内源基因(OsYSA 和OsCERK1)各选择了一个靶位点构建载体并使用农杆菌介导水稻愈伤组织转化，使用NGS检测转化后15天愈伤组织中的靶基因编辑情况。结果显示，ISAam1系统均未诱导OsYSA 或OsCERK1 突变，ISDra2系统在OsYSA 和OsCERK1 靶点处的reads编辑率分别为0.2%和0.7%，ISYmu1 TnpB系统在OsYSA和OsCERK1靶点处的reads编辑率分别为0.9%和1.3%。表明ISDra2和ISYmu1  TnpB系统确实可以稳定诱导植物基因编辑并且拓展了靶基因编辑位点，为植物提供新的紧凑型基因编辑工具。

西北工业大学生态环境学院博士生李棋以及三杰牧草（杨凌）研究院有限公司王永强为文章共同第一作者，段康、王文教授、陈海涛为共同通讯作者，中国科学院动物所张勇和王皓毅研究员为共同作者，该研究得到三杰牧草（杨凌）研究院有限公司的资助。

引用本文：Li, Q., Wang, Y., Hou, Z. et al. Genome editing in plants using the TnpB transposase system.aBIOTECH 5, 225–230 (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00172-6

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