中科院明星学者发表CRISPR重要成果

　　

生物通报道：CRISPR/Cas9是精确改写基因组的便捷工具。不过，在难转化的植物中进行CRISPR/Cas9基因组编辑在技术上还有一定的挑战，往往会产生令人担忧的转基因中间产物。中科院遗传与发育生物学研究所的科学家们解决了这个问题。八月二十五日他们在Nature Communications杂志上发表文章，向人们展示了无转基因的CRISPR/Cas9基因组编辑方法。文章通讯作者是中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞（Caixia Gao）研究员。

CRISPR是规律成簇的间隔短回文重复（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的缩写。CRISPR与内切酶Cas9是一对好基友，细菌依靠它们组成的防御系统对抗外来侵略者。CRISPR-Cas9能够在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域最耀眼的明星。

植物基因组一般比较复杂（尤其是小麦），一直是基因组编辑的难题。为了对植物进行CRISPR/Cas9基因组编辑，研究人员开发出了简单而有效的方法。他们在愈伤组织细胞中瞬时表达CRISPR/Cas9的DNA或RNA，然后用这些细胞再生出整个植株。研究显示，以瞬时表达为基础的基因组编辑系统高度有效，能够在T0代生成无转基因的、纯合的小麦突变体。

研究人员将自己的基因组编辑方法用于六倍体面包小麦和四倍体硬粒小麦，这样生成的突变体没有任何可检出的转基因。研究指出，这种方法可以应用到其他植物中去，加快植物基因组工程研究的速度。

今年六月Nature网站发表了一篇题为“Science stars of China”的新闻特写，介绍了在太空科学、生物学、海洋研究、物理学、极地探险和环境保护领域产生巨大影响的中国顶尖高手。基因编辑专家高彩霞就是生物学领域的代表人物之一，她的团队率先将革命性的基因编辑工具用于农作物，特别是小麦和水稻。（更多详细信息请参见：Nature聚焦：中国基因编辑专家高彩霞）

今年三月，Nature Biotechnology杂志通过二十周年特刊盘点了这些年引用最高的一些精品论文，其中就包括中科院高彩霞和邱金龙研究组的小麦基因组编辑研究。小麦是六倍体，拥有三个类似但不完全相同的基因组。基因组编辑必须正确改写小麦靶基因的每一个拷贝，才能生成有效的性状。高彩霞研究员与中科院微生物研究所的邱金龙研究员领导团队，利用TALEN和CRISPR-Cas9技术攻克了这一难题。他们在小麦中同时编辑了MLO基因的三个拷贝，让小麦获得了很强的白粉病抗性。这种小麦后来被Calyxt公司看中，今年将开展相应的田间试验。（更多详细信息请参见：中科院成果入选Nature Biotechnology二十年精品论文）

CRISPR/Cas9基因组编辑技术给分子生物学领域带来了一场变革。研究者们只需使用细菌核酸酶Cas9和引导酶切位点的短RNA，就能够在活体生物中有效敲除或者改变基因序列。与如火如荼的动物研究相比，植物CRISPR研究是一个比较冷门的方向。这就像是一块没有被完全开发的景点，走进去往往可以领略到不一样的风景。

MIT Technology Review杂志二月份发布了2016年度10大突破技术，免疫改造、植物基因编辑、可回收火箭、特斯拉自动驾驶等技术上榜。编辑认为，这些技术在过去一年建立了令人印象深刻的里程碑。未来5到10年内，我们就能看到基因编辑在植物和作物上的应用，让它们更有效地抵御干旱和疾病，为人类生产更多的食物。（更多详细信息参见：Technology Review十大突破技术：植物的基因编辑）

作者简介：

高彩霞 女，研究员，博士生导师 1991年获甘肃农业大学学士。1994年获甘肃农业大学硕士。1997年获中国农业大学博士。1997-1998年丹麦DLF-Trifolium公司科研部博士后。1998-2009年丹麦DLF-Trifolium公司科研部Research Scientist，课题组长。2009年9月回国，在遗传发育所植物细胞与染色体工程国家重点实验室任研究员，课题组长，2010年入选中国科学院“杰出技术人才”。主要研究领域：农作物基因组定向编辑技术体系的研究与应用、农作物遗传转化技术体系的建立与应用，以及小麦重要功能基因的分子生物学研究。

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Efficient and transgene-free genome editing in wheat through transient expression of CRISPR/Cas9 DNA or RNA