“魔剪”在植物馴化上再立新功，中科院遺傳所連發(fā)兩篇NBT
NBT同期發(fā)表三篇論文，“魔剪”再顯示威力，其中兩篇來(lái)自高彩霞研究組
撰文 | 馮水寒
責(zé)編 | 葉水送
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俗話說(shuō)，民以食為天。作物在人類生活中扮演著重要的角色。而傳統(tǒng)的作物馴化育種在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，往往降低了其遺傳多樣性，從而導(dǎo)致作物適應(yīng)性（主要是抗逆能力）下降。
近年來(lái)，隨著CRISPR技術(shù)的發(fā)展，基因編輯技術(shù)也開(kāi)始在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用，利用該技術(shù)對(duì)野生植物進(jìn)行從頭馴化開(kāi)始顯示了極大的潛力。
10月1日，Nature Biotechnology 同期發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院高彩霞團(tuán)隊(duì)和圣保羅大學(xué)Lázaro Eustáquio Pereira Peres團(tuán)隊(duì)的三篇論文。研究人員利用基因編輯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野生番茄（Solanum pimpinellifolium）的生長(zhǎng)習(xí)性、果實(shí)形狀、大小、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等性狀的從頭馴化（de novo domestication）。
利用CRISPR/Cas9技術(shù)加速野生番茄馴化，圖片來(lái)自Nature Biotechnology
首先，高彩霞團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)對(duì)野生番茄（祖先品種）與形態(tài)學(xué)、花、果實(shí)產(chǎn)量、抗壞血酸合成相關(guān)基因的編碼區(qū)、順式調(diào)控區(qū)以及上游開(kāi)放讀碼框進(jìn)行編輯，在保留植株原本生物及非生物抗性的基礎(chǔ)上，改造后的植株具有更大的果實(shí)、更高的維C含量、更豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，植株結(jié)構(gòu)更加緊湊等優(yōu)良特征。
而Peres團(tuán)隊(duì)則是成功敲除了野生番茄與生長(zhǎng)習(xí)性、果實(shí)形狀、大小、數(shù)量、以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的基因，結(jié)果表明基因編輯后的品系，與野生的親本相比，果實(shí)大小增加了三倍，果實(shí)數(shù)量增加了十倍；而與廣泛種植的番茄品系相比，番茄紅素積累量提高了500%。
A3A-PBE系統(tǒng)的C到T的轉(zhuǎn)換示意圖，圖片來(lái)自Nature Biotechnology
此外，高彩霞團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建一種新型的單堿基編輯系統(tǒng)——A3A-PBE。單堿基編輯系統(tǒng)能夠在不引發(fā)隨機(jī)插入突變和刪除突變的情況下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的單堿基基因編輯。目前最常用的單堿基編輯系統(tǒng)BE3是由鼠源胞苷脫氨酶（APOBEC1）與Cas9切口酶的融合蛋白以及尿嘧啶糖基化酶抑制劑組成，可以將胞嘧啶（C）轉(zhuǎn)換為胸腺嘧啶（T）且無(wú)需切割DNA。但BE3的編輯活性窗口只有5個(gè)堿基，且 GC編輯效率低下。而新型A3A-PBE單堿基編輯系統(tǒng)，使用優(yōu)化后的人源胞苷脫氨酶APOBEC3A代替APOBEC1，使得A3A-PBE的編輯活性窗口拓展到17個(gè)堿基，堿基轉(zhuǎn)化效率也得到了提升。
A3A-PBE單堿基編輯系統(tǒng)的出現(xiàn)為在全基因組范圍內(nèi)更多位點(diǎn)進(jìn)行更高效率的堿基編輯提供了可能，野生番茄的從頭馴化研究突顯了基因編輯技術(shù)也農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用的巨大潛力。它們?yōu)楦牧甲魑飻?shù)量性狀和利用基因編輯進(jìn)行分子育種帶來(lái)了重要啟示。
但值得注意的是，這幾項(xiàng)研究到開(kāi)發(fā)商業(yè)產(chǎn)品仍然有很長(zhǎng)的路要走，除了技術(shù)本身的發(fā)展之外，政府的監(jiān)管也會(huì)對(duì)其造成影響。例如，今年7月歐盟最高法院裁定基因編輯的作物及食品將納入歐盟轉(zhuǎn)基因作物管理法規(guī)（GMO）監(jiān)管框架，它們必須遵守與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因生物相同的嚴(yán)格法規(guī)。一旦開(kāi)發(fā)基因編輯作物的研究人員和企業(yè)因此看不到未來(lái)，那么更多研究將會(huì)轉(zhuǎn)移到其他地方。
參考鏈接
www.nature.com/articles/nbt.4273
www.nature.com/articles/nbt.4272
www.nature.com/articles/nbt.4261
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peggy 2018/10/09回復(fù)
