利用高效代理引導基因編輯器對水稻多基因進行精準編輯流程圖。中國農科院供圖
近日，中國農業科學院作物科學研究所作物精準育種技術創新團隊研發出高效代理引導基因編輯器PE3-HS、PE3-AS和PE3-DS，并率先在水稻中實現多個基因同時精準編輯，進一步拓展了引導編輯系統在農作物多基因聚合育種中的應用。相關成果在線發表在《分子植物》（Molecular Plant）上。
據該所研究員夏蘭琴介紹，引導編輯系統（PE）能夠在不存在DNA雙鏈斷裂缺口和DNA供體修復模板的情況下，實現小片段靶向插入、刪除和所有類型的單堿基自由轉換和顛換，為農作物基因組精準編輯提供了有效工具，將極大提高農作物定向育種效率。但是，目前已報道的植物引導編輯存在編輯效率低、靶點依賴性強，且僅限于單個基因的引導編輯。
針對上述問題，研發團隊在前期研究基礎上，進一步優化PE3引導編輯系統，分別建立了基于潮霉素抗性基因的代理引導基因編輯器PE3-HS、基于雙草醚抗性基因的代理引導基因編輯器PE3-AS、基于潮霉素抗性基因和雙草醚抗性基因的雙代理引導基因編輯器PE3-DS。
研究人員分別利用上述3種代理引導基因編輯器對水稻內源OsSPL14、OsDHDPS和OsNR2基因進行編輯，分別獲得了OsSPL14、OsDHDPS和 OsNR2基因精準編輯的水稻植株。
與對照（PE3）相比，PE3-HS 和PE3-AS編輯器將基因精準編輯效率提高了約2-14倍，雙代理PE3-DS編輯器將精準編輯效率最高可提高約50倍，表明代理引導基因編輯器的研發和應用可顯著提高植物引導編輯效率，大大節約了勞力和物力。
在此基礎上，該研究利用雙代理PE3-DS編輯器對不同內源基因組合：OsSPL14和OsDHDPS、OsSPL14 和OsEPSPS、OsSPL14和OsVQ25、OsSPL14和OsCYP71A1、OsDHDPS和OsVQ25同時進行精準編輯（或同時進行精準編輯和基因敲除），獲得了多個內源基因同時精準編輯（或同時進行精準編輯和基因敲除）的水稻新材料。
代理引導基因編輯器的開發和利用，為作物多基因精準編輯提供了有效工具，有望在水稻等農作物中一代實現多個優異等位基因聚合，大大加快育種進程。
該研究得到國家自然科學基金、海南崖洲灣種子實驗室揭榜掛帥項目等資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.05.009
