中國農科院作物科學研究所作物轉基因技術與應用創新團隊與美國加州大學圣地亞哥分校合作,使用核糖核苷酸（RNA）作為同源重組修復（HDR）的模板，成功獲得后代無轉基因成分的抗ALS抑制劑類除草劑水稻植株。這是在植物中首次成功利用RNA作為脫氧核糖核酸（DNA）同源重組修復模板。相關研究論文北京時間3月19日凌晨在線發表于國際學術期刊《自然生物技術》。
論文通訊作者、作科所研究員夏蘭琴介紹，CRISPR/Cas基因組編輯技術自2012年被發明以來，已被廣泛應用于動物、植物和微生物等諸多物種的基因組編輯。基因組編輯技術中，首先是Cas核酸內切酶在指導RNA引導下，在基因組特定位置進行切割，導致這些靶向位置的DNA雙鏈斷裂（DSB），此種DNA損傷可被細胞中的兩種修復途徑所修復。在多數物種中，非同源末端連接的修復途徑是DNA雙鏈斷裂最主要的修復途徑，而通過同源重組修復途徑（HDR）的概率特別低，無法高效將足量的修復模板（DRT）遞送到植物細胞。在植物中實現高效率的同源重組，并用于農作物中優異等位基因替換和重要農藝性狀改良，還面臨巨大挑戰。
研究人員首先利用微滴數字PCR對重組事件進行評估，證實了RNA作為同源重組修復模板，參與CRISPR/Cpf1系統介導的DNA同源重組修復的可行性。與通常使用的DNA修復模板不同，RNA修復模板可以在體內通過植物自身的轉錄系統持續產生，為同源重組修復提供足夠的修復模板。研究人員又利用此方法，成功獲得OsALS兩個氨基酸定點替換成功的抗ALS抑制劑類除草劑水稻植株，且通過子代分離得到了定點替換成功且無外源轉基因成分的植株。
據悉，通常情況下，農作物地方品種或近緣屬種中，含有大量優異農藝性狀等位基因。和常規栽培品種相比，這些優異等位基因只存在單個堿基或者多個堿基差異。通過常規育種方法引入這些基因或優異性狀，需要多年多代回交和雜交及材料選育，費時費力。通過CRISPR/Cas介導的同源重組技術，可快速引入優異等位基因，實現常規栽培品種相應等位基因的精準改良，進而加快定向創制農作物新種質的育種進程，對于農作物育種改良具有重要意義。
