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科技创新进展:利用xCas9扩展水稻基因组编辑范围 
作者:重点实验室
来源:中国水稻研究所
发布时间:2018-12-29

  近日,我所王克剑课题组与中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋课题组合作利用xCas9扩展水稻基因组编辑范围,相关研究成果于12月13日在线发表于Plant Biotechnology Journal (DOI: 10.1111/pbi.13053)。

  CRISPR-Cas9被广泛应用于基因组编辑,但是常用的SpCas9蛋白能够识别的PAM序列局限为经典的NGG序列,这严重限制了CRISPR/Cas9系统的可编辑范围。近期美国哈佛大学David R. Liu研究团队开发出新的Cas9变体——xCas9可以在哺乳动物细胞中识别NG,GAA以及GAT三种PAM序列,有效拓展了基因组编辑的范围,但是目前尚不清楚xCas9是否在植物中发挥类似功能。

  研究团队通过定点突变对水稻常用的SpCas9进行改造,获得了xCas9 3.6和xCas9 3.7两个变体,分别设计了靶向D14、MOC1、PDS三个基因,包括NG,GAA以及GAT三种PAM序列在内的63个靶序列,在水稻愈伤组织中进行转化实验,利用实验室前期开发的Hi-TOM高通量突变检测工具,分析发现xCas9在GAA、AGA、TGT、CGC、GGG、NGG、CAG等PAM位点产生突变,但是整体编辑效率较低(2.0%-29%)。在经典的NGG位点,两种xCas9的编辑效率(4%-10%)也显著低于未经修改的SpCas9 (41%-77%)。该研究显著扩展了水稻的基因组编辑范围,为在水稻中开展更广泛的基因组编辑提供新的选择,但是还需要进一步优化提高其在水稻中的编辑效率。

  该研究得到国家重点研发计划和中国农科院科技创新工程经费资助。王俊杰、胡熙璕和孟祥兵为共同第一作者,余泓副研究员和王克剑研究员为共同通讯作者。



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