南京农大用TALENs和CRISPR实现大豆高效定向诱变

　　

生物通报道：大豆（Glycine max（L.）Merrill.）是一种古老的多倍体植物，是具有重要经济价值的豆科作物。大豆为食物生产和动物饲料提供了丰富的蛋白质和油。近年来，各种各样的遗传方法已被用来改善大豆的农业性状。

CRISPR是生命进化历史上细菌和病毒进行斗争产生的免疫武器，自2012年以来，研究人员常用这种强大的“基因组编辑”技术，对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加，迅速成为生命科学最热门的技术。近期，这项热门技术也相继被应用于农作物的基因组编辑。例如，2015年五月二十九日在Nature子刊《Scientific Reports》发表的一项研究中，来自西北农林科技大学、中国农科院作物研究所和天津农科院的研究人员，利用CRISPR-Cas9系统，在大豆作物中成功实现了定向诱变。（我科学家用CRISPR实现大豆定向诱变）八月十八日，来自中国农业科学院的研究人员，在国际著名学术期刊《PLOS ONE》发表的一项研究中，成功地应用II型CRISPR/Cas9系统，在大豆靶基因中获得并评估了高效的基因组编辑。（中国农科院用CRISPR实现大豆基因组编辑）

十一月十九日，在《Journal of Biotechnology》发表的一项研究中，来自南京农业大学的喻德跃教授带领的课题组，利用两种基因组编辑技术——TALENs和CRISPR/Cas9，在大豆中实现了高效的定向诱变，并对TALENs、使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9和使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9三种技术的打靶效率，进行了比较分析，指出GmU6-16g-1是大豆sgRNA表达的一种合适的U6promoter。

基因打靶（GT）对于推进基础植物学研究和作物改良，具有重要的意义。TALENs和CRISPR/Cas9系统已被开发用于真核生物的基因组编辑，包括植物。在这项研究中，研究人员对两个大豆基因组编辑靶标——GmPDS11和GmPDS18，进行了这两种技术的比较分析。研究人员发现，对于大豆毛状根中的基因打靶，利用TALENs技术的单个打靶效率范围在17.5%至21.1%，而使用AtU6-26promoter的CRISPR/Cas9效率范围在11.7%到18.1%，使用GmU6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9效率范围在43.4%至48.1%，从而表明，相比较他技术而言，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9，可能是一种更有效的工具。

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同样的，研究人员对着三种技术进行的双突变GT效率实验显示，TALENs的打靶效率为6.25%，使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9打靶效率为12.5%，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9打靶效率为43.4%至48.1%，从而表明，CRISPR/Cas9仍是同时编辑多个同源等位基因（homoeoallele）的一个更好选择。而且，研究人员在子叶节点中观察到了大豆转化引起的白化和矮芽（PDS基因敲除）。

总而言之这些研究结果表明，TALENs和CRISPR/Cas9系统是大豆基因组编辑的一种强大工具。而且，GmU6-16g-1是大豆sgRNA表达的一种合适的U6promoter。

（生物通：王英）

注：喻德跃,男，1965年3月出生。南京农业大学作物遗传育种专业教授、博士生导师。教育部“跨世纪优秀人才培养计划”和霍英东青年教师研究基金获得者。江苏省优秀科技工作者。国家大豆改良中心副主任,作物遗传与种质创新国家重点实验室副主任。1989年7月-1994年10月在法国Grenoble第一大学留学，获得细胞与分子生物学硕士及生物学博士学位。主要工作是 “拟南芥基因组ESTs序列及新基因鉴定”。1994年10月-1997年9月在瑞典Uppsala大学及芬兰Helsinki大学从事博士后工作，主要研究为“非洲菊花器发育的分子生物学基础”。1997年9月到南京农业大学，以大豆和菊花为对象开展植物分子遗传与生物技术的研究与应用，包括遗传图谱构建、重要性状基因标记、定位与克隆、遗传转化、转基因植物的安全性检测与监测等。

生物通推荐原文摘要：
Efficient targeted mutagenesis in soybean by TALENs and CRISPR/Cas9
Abstract: Gene targeting (GT) is of great significance for advancing basic plant research and crop improvement. Both TALENs (transcription activator-like effectors nucleases) and CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9) systems have been developed for genome editing in eukaryotes, including crop plants. In this work, we present the comparative analysis of these two technologies for two soybean genome editing targets, GmPDS11 and GmPDS18. We found GT in soybean hairy roots with a single targeting efficiency range of 17.5% to 21.1% by TALENs, 11.7% to 18.1% by CRISPR/Cas9 using the AtU6-26promoter, and 43.4% to 48.1% by CRISPR/Cas9 using the GmU6-16g-1promoter, suggesting that the CRISPR/Cas9 using the GmU6-16g-1promoter is probably a much more efficient tool compared to the other technologies. Similarly, our double mutation GT efficiency experiment with these three technologies displayed a targeting efficiency of 6.25% by TALENs, 12.5% by CRISPR/Cas9 using the AtU6-26promoter, and 43.4% to 48.1% by CRISPR/Cas9 using the GmU6-16g-1promoter, suggesting that CRISPR/Cas9 is still a better choice for simultaneous editing of multiple homoeoalleles. Furthermore, we observed albino and dwarf buds (PDS knock-out) by soybean transformation in cotyledon nodes. Our results demonstrated that both TALENs and CRISPR/Cas9 systems are powerful tools for soybean genome editing.