中科院明星學者發表CRISPR重要成果

【字體: 時間:2016年08月29日 來源:生物通

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  CRISPR/Cas9是精確改寫基因組的便捷工具。不過,在難轉化的植物中進行CRISPR/Cas9基因組編輯在技術上還有一定的挑戰,往往會產生令人擔憂的轉基因中間產物。中科院遺傳與發育生物學研究所的科學家們解決了這個問題。

  

生物通報道:CRISPR/Cas9是精確改寫基因組的便捷工具。不過,在難轉化的植物中進行CRISPR/Cas9基因組編輯在技術上還有一定的挑戰,往往會產生令人擔憂的轉基因中間產物。中科院遺傳與發育生物學研究所的科學家們解決了這個問題。八月二十五日他們在Nature Communications雜志上發表文章,向人們展示了無轉基因的CRISPR/Cas9基因組編輯方法。文章通訊作者是中科院遺傳與發育生物學研究所的高彩霞(Caixia Gao)研究員。

CRISPR是規律成簇的間隔短回文重復(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)的縮寫。CRISPR與內切酶Cas9是一對好基友,細菌依靠它們組成的防御系統對抗外來侵略者。CRISPR-Cas9能夠在引導RNA的指引下,靶標并切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點,將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。該系統使用簡單而且擴展性強,很快便成為了生物學領域最耀眼的明星。

植物基因組一般比較復雜(尤其是小麥),一直是基因組編輯的難題。為了對植物進行CRISPR/Cas9基因組編輯,研究人員開發出了簡單而有效的方法。他們在愈傷組織細胞中瞬時表達CRISPR/Cas9的DNA或RNA,然后用這些細胞再生出整個植株。研究顯示,以瞬時表達為基礎的基因組編輯系統高度有效,能夠在T0代生成無轉基因的、純合的小麥突變體。

研究人員將自己的基因組編輯方法用于六倍體面包小麥和四倍體硬粒小麥,這樣生成的突變體沒有任何可檢出的轉基因。研究指出,這種方法可以應用到其他植物中去,加快植物基因組工程研究的速度。

今年六月Nature網站發表了一篇題為“Science stars of China”的新聞特寫,介紹了在太空科學、生物學、海洋研究、物理學、極地探險和環境?;ち煊蠆藪笥跋斕鬧泄ゼ飧呤??;蟣嗉腋卟氏季褪巧镅Я煊虻拇砣宋鎦?,她的團隊率先將革命性的基因編輯工具用于農作物,特別是小麥和水稻。(更多詳細信息請參見:Nature聚焦:中國基因編輯專家高彩霞

今年三月,Nature Biotechnology雜志通過二十周年特刊盤點了這些年引用最高的一些精品論文,其中就包括中科院高彩霞和邱金龍研究組的小麥基因組編輯研究。小麥是六倍體,擁有三個類似但不完全相同的基因組?;蜃楸嗉匭胝犯男蔥÷蟀謝虻拿懇桓隹獎?,才能生成有效的性狀。高彩霞研究員與中科院微生物研究所的邱金龍研究員領導團隊,利用TALEN和CRISPR-Cas9技術攻克了這一難題。他們在小麥中同時編輯了MLO基因的三個拷貝,讓小麥獲得了很強的白粉病抗性。這種小麥后來被Calyxt公司看中,今年將開展相應的田間試驗。(更多詳細信息請參見:中科院成果入選Nature Biotechnology二十年精品論文

CRISPR/Cas9基因組編輯技術給分子生物學領域帶來了一場變革。研究者們只需使用細菌核酸酶Cas9和引導酶切位點的短RNA,就能夠在活體生物中有效敲除或者改變基因序列。與如火如荼的動物研究相比,植物CRISPR研究是一個比較冷門的方向。這就像是一塊沒有被完全開發的景點,走進去往往可以領略到不一樣的風景。

MIT Technology Review雜志二月份發布了2016年度10大突破技術,免疫改造、植物基因編輯、可回收火箭、特斯拉自動駕駛等技術上榜。編輯認為,這些技術在過去一年建立了令人印象深刻的里程碑。未來5到10年內,我們就能看到基因編輯在植物和作物上的應用,讓它們更有效地抵御干旱和疾病,為人類生產更多的食物。(更多詳細信息參見:Technology Review十大突破技術:植物的基因編輯

作者簡介:

高彩霞 女,研究員,博士生導師 1991年獲甘肅農業大學學士。1994年獲甘肅農業大學碩士。1997年獲中國農業大學博士。1997-1998年丹麥DLF-Trifolium公司科研部博士后。1998-2009年丹麥DLF-Trifolium公司科研部Research Scientist,課題組長。2009年9月回國,在遺傳發育所植物細胞與染色體工程國家重點實驗室任研究員,課題組長,2010年入選中國科學院“杰出技術人才”。主要研究領域:農作物基因組定向編輯技術體系的研究與應用、農作物遺傳轉化技術體系的建立與應用,以及小麥重要功能基因的分子生物學研究。

生物通編輯:葉予

生物通推薦原文:Efficient and transgene-free genome editing in wheat through transient expression of CRISPR/Cas9 DNA or RNA

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