||
aBIOTECH | 亚热带林业研究所卓仁英团队联合王克剑团队建立杨树引导编辑系统
基因编辑技术在树木育种和遗传改良方面展现出了巨大的潜力。作为树木研究的模式物种,杨树已被广泛应用于功能基因组学研究。然而,在杨树中实现精确的基因编辑仍然具有挑战性。引导编辑(prime editing,PE)技术作为一项高度精准的基因编辑技术,能够实现任意类型的DNA序列改变,包括任意碱基替换和小片段插入缺失。鉴于PE技术的高精准性和多功能性,其已经在哺乳动物细胞和主要作物中得到广泛应用,但由于树木存在世代周期长、基因组杂合性高以及遗传转化稳定性差等问题,PE技术在树木中是否可应用仍未知。
近日,亚热带林业研究所卓仁英研究员团队和中国水稻研究所王克剑研究员团队合作,在aBIOTECH 发表了题为“Prime editing enables precise genome modification of a Populus hybrid” 的研究论文,在我国北方地区栽植的杨树重要树种84K杨(Populus alba × P. glandulosa)中建立了PE3系统,并成功实现了对杨树内源基因的精准编辑。
本研究建立的PE3系统由三部分组成,分别是拟南芥AtU6启动子转录epegRNA,拟南芥AtU6启动子转录Nick gRNA,和通用型2×35S启动子表达nCas9-MMLV融合蛋白(图1A)。研究人员利用PE3系统对84K杨内源基因PagPDS,PagYUC4和PagSHR进行了不同类型的精准编辑,包括单碱基替换、多碱基替换以及小片段的插入缺失类型。随后将不同基因不同编辑类型的载体通过农杆菌介导遗传转化至84K杨中,分别在抗性愈伤组织和T0植株中测试PE3系统完成精准编辑的效率(图1B,1C,1E)。
结果显示,抗性愈伤组织中,在针对单碱基替换类型的实验中,三个位点均成功检测到目标编辑,分别为0.49%(PagPDS-g1)、0.08%(PagYUC4-g1)和1.83%(PagSHR-g1)。而在多碱基替换类型的实验中,PagPDS-g2和PagYUC4-g2位点分别展示了3.82%和3.62%的编辑效率。此外,在小片段插入缺失类型的实验中,PagPDS-g3和PagYUC4-g3位点也成功检测到目标编辑,编辑效率分别为1.59%和0.22%(图1F)。进一步抗性愈伤组织分化得到T0植株,在单碱基替换类型中,PagPDS-g1和 PagSHR-g1位点鉴定到精准编辑植株,编辑效率为4.0%和3.6%;在多碱基替换类型中,PagPDS-g2和PagYUC4-g2两个位点检测到精准编辑植株,编辑效率达到15.6%和22.2%;然而在小片段的插入缺失类型中,三个位点均未检测到精准编辑植株(图1G,H)。
图1 在84K杨中建立引导编辑系统
综上所述,本研究建立的PE3系统可在84K杨中完成目标位点的精准编辑,首次证明了PE系统在杨树中应用的可行性。该研究为树木功能基因组学研究提供了高效精准编辑工具,同时也为其他双子叶植物中建立和优化PE系统提供了借鉴。但目前PE在杨树中的精准编辑效率仍较低,在未来需进一步优化。
中国水稻研究所博士后邹金鹏和亚热带林业研究所已毕业博士研究生李玉红为该论文的共同第一作者,亚热带林业研究所卓仁英研究员和中国水稻研究所王春研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划,中国水稻研究所重点研发项目和中国中央公益性科研院所基本科研业务费等项目的资助。感谢浙江农林大学卢孟柱教授提供84K愈伤组织。
引用本文:
Zou, J., Li, Y., Wang, K. et al. Prime editing enables precise genome modification of a Populus hybrid. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00177-1
相关阅读:
aBIOTECH | 万建民/谭俊杰团队报道水稻超迷你CRISPR-Cas12f基因编辑工具
aBIOTECH | 夏兰琴团队利用水稻烷基嘌呤DNA糖基化酶研发单碱基编辑器rAKBEs并在水稻中实现腺嘌呤单碱基转换和颠换
aBIOTECH | 陈其军团队优化LbCas12a变体使其在拟南芥基因组编辑中达到实用化程度
aBIOTECH | 中山大学李剑峰团队开发富集多基因CRISPR突变体和剔除Cas9转基因的双功能筛选系统
aBIOTECH | 拜耳作物科学研究团队在大豆和玉米中成功开发基因型灵活的转化和编辑技术
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
aBIOTECH | 魏鹏程团队利用FrCas9系统编辑水稻基因核心启动子
aBIOTECH | 广州大学关跃峰团队创制低植酸与产量表型平衡的基因编辑大豆
aBIOTECH | 中国农科院作科所建立基因编辑大豆可视化识别技术体系
aBIOTECH | 河北农业大学赵建军/李君团队扩展芸薹属蔬菜中CRISPR/Cas9基因编辑靶向范围
aBIOTECH | 任雯/杨进孝/赵久然团队利用增强型引导编辑技术实现高效精确的基因组片段缺失
aBIOTECH | 谢卡斌团队通过引入C末端移码突变获得可育和可遗传的MAPK/RLK基因敲除突变体
aBIOTECH | 万建民团队综述植物病毒载体在基因编辑元件递送中的应用
aBIOTECH | 张韬-机器学习方法在作物基因编辑中的应用
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-13 13:10
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社