研究报告了植物中CRISPR-Cas12a的六个新变体

在《自然通讯》的新刊物中马里兰大学植物科学副教授Yiping Qi继续创新植物基因组编辑和工程，以提高食品生产效率为最终目标。他最近的工作贡献了CRISPR-Cas12a的六个新颖变体，这些变体从未在植物中得到证实，它们首先在水稻中作为全球主要农作物进行了测试。除了允许更大范围的可能的基因编辑靶标外，这些新工具还可以一次编辑基因组中的许多不同位点，甚至可以抑制基因表达来淡化不良性状。这些正在申请专利的工具极大地扩展了CRISPR-Cas12a在植物中的作用范围，这可以帮助更有效地生产食物，满足日益增长的全球人口的需求。

齐说：“我们对本文感到兴奋，因为我们做出了两项重大突破。” “首先，我们首次在植物中报告了多种具有基因组编辑功能的Cas12a工具，并发现了一个[Mb2Cas12a]，该工具极大地扩展了Cas12a的靶向范围。其次，我们开发了一种非常有效的系统，可以编辑许多同时进行多个位点的多重编辑，这使我们能够在一代人的时间内编辑水稻中的16个不同基因。”

正如Qi所解释的，Cas12a(与其他CRISPR系统一样)通常与靶向特定的短序列DNA(称为PAM序列)联系在一起。PAM序列是CRISPR系统通常用来识别在何处可能对其DNA进行分子切割的序列。然而，Qi推出的新Mb2Cas12a变体在宽松的PAM要求下工作，从而扩大了Qi的实验室最近对CRISPR-Cas9所做的编辑方式的目标范围。

除此发现外，为植物中的Cas12a引入的多重编辑系统还提供了特定的策略，可一次有效地编辑整个基因组中的多个位点。为了进行这一概念验证，Qi的团队首先针对了基因组中的六个不同位点，以提高水稻的产量和抗病能力。但是当成功时，团队并没有就此止步。

齐说：“我想添加更多目标，以查看是否有任何限制。” “因此，我们又增加了10个，并尝试针对16个位点，我们发现几乎在所有水稻染色体上，我们都具有惊人的高效率，所有位点都可以在同一代中一次被编辑。而且，这甚至不代表上位的限制一定，但它是植物中最多的基因，曾被记录为Cas12a可以在一个世代中一次被全部编辑。”

齐说，该系统对精确育种和食品生产效率具有重要意义。“对于精确育种，一次可以编辑多少个基因实际上非常重要，因为您几乎可以针对任何目标并真正定制产品。我们针对抗病性和产量，但是您可以添加更多的性状，如氮利用效率，气候适应性状例如温度耐受性等等。它确实是一个强大的系统。”

Qi目前正在研究以更宽松的目标位点要求同时编辑更多基因的脱靶效应。但是除了这些贡献外，本文还证明了Cas12a在拟南芥模型植物中作为基因的合成阻遏物的用途，作为基因组工程的另一种工具。

“您可以通过使用CRISPR而不是切割工具来调节某些基因的激活或抑制，而可以使用CRISPR作为结合工具来吸引激活物或阻遏物，以诱导或抑制基因表达以构建所需的性状。在这种情况下，Cas12a起到了胶水的作用您可以使用灭活的Cas12a形式灭活其他基因的表达，这对于行业和未来的研究来说是一个很好的新工具。”

未来的工作将把这些工具从大米和拟南芥中扩展到各种植物和农作物中。齐说：“这种技术有助于提高作物产量，并在不断变化的世界中可持续地养活不断增长的人口。” “我很高兴继续扩大CRISPR技术的影响。”

这篇题为“使用Cas12a直系同源基因和高度可复用的编辑系统来扩展植物基因组工程的范围”的论文可以在《自然通讯》上找到。

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