科学家提出删除基因组大片段新策略

华南农业大学生命科学学院教授刘耀光院士提出了通过微同源介导的末端连接修复(MMEJ)促进植物基因组大片段CRISPR/Cas9缺失的新策略。相关研究最近发表在《植物生物技术杂志》的网络版上。

CRISPR/Cas9系统切割基因组导致DNA双链断裂，这通常导致通过非同源末端修复(NHEJ)在靶位点插入或缺失一个或几个碱基，以达到基因功能敲除的目的。然而，这种突变经常导致基因产生异常转录物或异常效应蛋白。因此，靶基因大片段的缺失将有助于实现编码或非编码基因的功能研究。

研究人员发现，通过分析现有水稻基因编辑群体基因组片段的缺失大小，MMEJ修复法比NHEJ修复法更能有效地促进植物基因组大片段的缺失(目标设计没有预先考虑微同源序列)。为了验证这一发现，研究人员选择了转基因水稻材料中的潮霉素抗性基因(HPT)表达盒作为缺失靶，并使用研究人员开发的微同源搜索程序RepFinder在HPT表达盒的两侧发现了5-7个碱基的微同源序列。然后，CRSPR-GE，一个由CRSPR-GE开发的用于基因组编辑的综合性在线工具，被设计成尽可能接近微同源序列的编辑目标。

研究人员构建了一个多基因编辑载体，并转化了上述转基因水稻。最终，66.7%的HPT表达盒缺失植株从编辑植株中获得，其中MMEJ介导的预期缺失效率高达52.4%，而NHEJ介导的缺失效率仅为14.3%。进一步分析发现，有三个主要方面影响MMEJ介导的基因组片段的缺失效率:切割位点与微同源序列的接近将促进片段的缺失；微同源序列的长度对MMEJ介导的基因组片段缺失效率没有显著影响。使用多个靶标同时产生多个DNA双链断裂可能会增加基因组片段的缺失频率。

该研究为植物功能基因组学的发展和作物遗传改良的应用提供了有力的研究工具。

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/pbi.13390