近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所周煥斌課題組、周雪平課題組和四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院林宏輝課題組合作開發(fā)了一系列基于Cas9-NG的各種水稻基因組定點(diǎn)編輯工具，并成功用于水稻單基因敲除、多基因敲除、單堿基編輯（堿基對(duì)G?C和A?T的互換）以及靶基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控。該成果對(duì)于水稻基因功能解析和分子精準(zhǔn)育種具有重要促進(jìn)作用，加速實(shí)現(xiàn)水稻缺陷型基因的修飾矯正，有利于縮短水稻育種進(jìn)程和延長(zhǎng)現(xiàn)有優(yōu)良品種的應(yīng)用周期。相關(guān)研究成果在線發(fā)布在《分子植物（Molecular Plant）》上。
來源于化膿鏈球菌的Cas9核酸酶現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水稻基因組編輯，有效促進(jìn)了水稻功能基因組學(xué)研究和分子育種進(jìn)程。Cas9在進(jìn)行基因編輯的過程中需要識(shí)別靶DNA序列3’端的保守PAM（前間區(qū)序列鄰近繼續(xù)）序列。由于Cas9主要識(shí)別NGG PAM序列，這極大限制了基因組范圍內(nèi)的靶DNA序列的選擇，尤其是對(duì)于特定位點(diǎn)核苷酸進(jìn)行單堿基編輯時(shí)，往往造成無合適PAM可用。擴(kuò)展PAM識(shí)別序列，將有利于擴(kuò)展水稻基因組編輯應(yīng)用范圍。
為此，該團(tuán)隊(duì)選用Cas9突變體xCas9和Cas9-NG對(duì)水稻基因組編輯技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和擴(kuò)展。研究發(fā)現(xiàn)Cas9-NG編輯效果優(yōu)于xCas9蛋白，并且將識(shí)別PAM序列由NGG簡(jiǎn)化為NG，此外還能識(shí)別NAC、NTG、NTT和NCG等PAM序列。Cas9-NG在水稻上的成功應(yīng)用，在一定程度上突破PAM識(shí)別序列的限制，將水稻基因組中的可編輯位點(diǎn)增加了8倍，眾多之前無法進(jìn)行堿基編輯的位點(diǎn)如今可進(jìn)行操作，大大擴(kuò)展了編輯范圍。
該研究得到了基金委自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程的資助。
