首次用CRISPR编辑树木基因组

　　

生物通报道：最近，美国乔治亚大学（UGA）的研究人员首次利用称为CRISPR/Cas的基因编辑工具，修改一个树种的基因组。他们的这项研究，最近发表在植物学国际知名期刊《New Phytologist》，为更快速和更可靠的植物基因编辑，打开了大门。延伸阅读：利用CRISPR改进转基因生物。

通过使杨属植物（Populus，落叶树属，包括白杨、山杨和三角叶杨等等）的基因发生突变，研究人员降低了两种天然植物聚合物的浓度。一种被称为木质素，其能诱捕糖和淀粉用来在树木坚固的细胞壁内生产生物燃料。另一种被称为缩合单宁，其存在于树木的叶片和树皮中，可阻止反刍动物（如鹿，牛，山羊和绵羊）进食。

本文通讯作者、乔治亚大学Warnell林学和自然资源学院遗传学系的C.J. Tsai教授表示，CRISPR是一种相对较新的技术，但它能提高我们产生食用作物、动物饲料和生物燃料作物新品种的能力。相比较其他一些基因编辑技术，这种技术非常简单、划算并且非常高效，它可以作为植物遗传学研究新时代的基础。

CRISPR技术源自细菌及其他单细胞生物进化出的一种防御机制。当细菌受到病毒这样的侵略者攻击时，它会捕捉病毒的一些DNA，将它分成几部分，并将一段病毒DNA融入到自己的基因组中。随着细菌经历更多的威胁，它在其遗传密码的一个特殊区域（称为CRISPRs——集群定期间隔短回文重复）积累一堆过去感染融入的片段，可作为一种免疫系统来防止未来的入侵。

Tsai指出，这是自然演变而来的一种机制，但我们可以借用细菌的这种基因切割能力，并用其在所有生物中编辑特定的基因，包括植物和动物。这就像用一对带有GPS跟踪的剪刀，来定位和剪掉DNA的微小片段，足以注销你不想要的基因，而剩余的其他一切都不会改变。

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本文共同作者、Tsai的合作者Thomas Jacobs——UGA植物育种、遗传学和基因组学研究所的前博士生，调整了CRISPR系统用于植物基因组编辑。Tsai介绍说，几年前，Tom是她班里的一个学生，他们在白杨树中测试了Tom在大豆中开发的一些基因沉默系统。这个项目，还包括第一作者、来自南京林业大学的客座博士生周晓虹（音译，Xiaohong Zhou），他们测试的新CRISPR系统，其效率很高，超出了研究人员的预期。

Tsai解释说，Zhou在木质素基因靶向实验中所产生的每一种杨树中，都有红色木材。红茎是木质素修改的一个已知副作用，存在于玉米、高粱和松树的自然突变体中。所以，当研究人员在杨树植株中看到红茎的迹象时，他们知道CRISPR系统起作用了。

Jacobs说，他们对这些结果称赞不绝。在小鼠等动物模型中该技术已经得到了越来越广泛的测试，但这是曾经报道的一个最高的效率。

与野生杨属植物相比，修改了的杨属植物含有的木质素少了20%，缩合单宁少了50%。Tsai表示，我们认为，我们知道是哪些基因控制着木质素和缩合单宁的生产，我们靶定了正确的基因，但以前的研究告诉我们，还有其他基因具有重叠的作用。现在，CRISPR系统可以引导研究人员设法确定这些以前未知基因家族成员。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Xiaohong Zhou, Thomas B. Jacobs, Liang-Jiao Xue, Scott A. Harding and Chung-Jui Tsai. Exploiting SNPs for biallelic CRISPR mutations in the outcrossing woody perennial Populus reveals 4-coumarate:CoA ligase specificity and redundancy. New Phytologist. Article first published online: 13 MAY 2015.