科學(xué)家成功打造植物基因組“剪刀”

中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康課題組通過模仿和改造微生物中的一種抵御外源侵染的防護(hù)機(jī)制，成功開發(fā)出能對(duì)植物基因組進(jìn)行精確定點(diǎn)修飾的技術(shù)，從而使高效植物分子改良性狀成為可能。這一適用于植物的CRISPR-Cas技術(shù)就像一把剪刀，可對(duì)基因組中任意感興趣的位置進(jìn)行編輯，它的成功開發(fā)將革命性地改變植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)。

相關(guān)研究成果發(fā)表于《細(xì)胞研究》。 據(jù)論文第一作者、博士張波濤介紹，CRISPR-Cas系統(tǒng)是繼鋅指核酸酶（ZFNs）和TALEN核酸酶之后另一個(gè)可精確定點(diǎn)編輯基因組DNA的新技術(shù)。該系統(tǒng)利用短RNA序列引導(dǎo)Cas核酸酶在基因組上特定的位置進(jìn)行切割形成雙鏈斷裂，隨后利用植物自身的修復(fù)機(jī)制，引入隨機(jī)突變或?qū)胩囟ǖ腄NA序列，從而對(duì)基因組進(jìn)行突變、置換、插入等精確編輯，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)首先被科學(xué)家在細(xì)菌抵抗噬菌體侵染的過程中被發(fā)現(xiàn)，隨后被科學(xué)家改造成基因組修飾工具，并在動(dòng)物細(xì)胞中成功實(shí)施，但由于植物的復(fù)雜性和遺傳轉(zhuǎn)化的高難度，一直沒有成功應(yīng)用的報(bào)道。

張波濤等對(duì)模式植物擬南芥和水稻的多個(gè)基因進(jìn)行定點(diǎn)突變，都獲得了較高的突變效率，并在第一代獲得純合和嵌合突變體，且呈現(xiàn)出預(yù)期的突變表型。該研究首次證實(shí)CRISPR-Cas系統(tǒng)能夠用于植物的基因組編輯。

這一研究結(jié)果表明，通過直接對(duì)作物基因組進(jìn)行精確修飾，可以直接轉(zhuǎn)化現(xiàn)有研究成果，從而能夠盡快發(fā)揮它們的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，迅速提高作物的各種優(yōu)良性狀，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、高抗、高產(chǎn)。