我所基因编辑团队在植物精准编辑工具开发方面取得新进展

实现重要农作物精准基因组编辑对加快农作物遗传改良进程具有重要意义。引导编辑技术（Prime editing，PE）是一种基于CRISPR/Cas系统的全新精确基因组编辑技术，由nSpCas9(H840A)、MLV RT逆转录酶、pegRNA构建而成。PE系统可灵活实现其他编辑工具无法完成的多种精确突变，如单碱基和多碱基替换、小片段插入缺失等，极大拓展了基因组精准编辑系统。2019年David Liu团队首先在动物细胞中开发了PE系统，随后包括我所基因编辑团队在内的多家实验室，实现了植物PE技术的初步突破。但目前植物PE效率偏低，严重制约了其应用。

为提高植物PE工具的效率，我所基因编辑团队在前期构建的pPE2系统基础上，从pegRNA结构与表达、PE工具蛋白构型等方面开展系统研究。如在引导RNA的3’末端添加不同结构性RNA基序以增强引导编辑系统的稳定性，共表达DNA修复相关肽IGF1pm1和NFATC2IP以及DNA单链结合蛋白ssDBD，使用新型NLS等策略调整PE融合蛋白结构。研究表明，在pegRNA的3’添加发卡结构evopreQ1后可将编辑效率提高2.35-29.22倍，pPEmax构型能在不同位点稳定的提升引导编辑效率。最后在同一载体中融合不同策略，采用pPEmax结合epegRNA-evopreQ1，并使用复合型启动子CaMV35S-CmYLCV-U6驱动epegRNA-evopreQ1表达，构建了enpPE2系统。与pPE2系统相比，在愈伤细胞中enpPE2平均编辑效率提升43.47倍。

为了进一步验证enpPE2的编辑活性，以主栽水稻品种武运粳31中的D2、DL、Ehd1等10个基因为靶标，分别测试C-to-G, C-to-A, T-to-A, T-to-C, G-to-A, G-to-C, 2-bp (TA)缺失和1-bp (G)插入等不同形式的编辑效率。在获得的阳性植株中，enpPE2系统编辑效率最高可达91%，且部分位点纯合编辑比例可高达50%。特别是利用双epegRNA的结构，获得了Pi-ta和Pi-d3基因的共编辑植株。

新型引导编辑系统enpPE2，为作物精准编辑和定向遗传改良，提供了有利工具。此项研究由水稻所和安徽农业大学合作完成，近日以“Development of a highly efficient prime editor 2 system in plants”为题发表在《Genome Biology》杂志上，影响因子为17.906。我所李娟副研究员为论文第一作者，安徽农业大学魏鹏程教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大专项、安徽省自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-022-02730-x