中外学者Nature子刊等发布3项CRISPR基因组编辑成果

根据发布在11月10日《基因组生物学》（Genome Biology）杂志上的一项研究，人们可以利用CRISPR/Cas9系统来提供稳定的分子免疫对抗感染植物的DNA病毒。此外，近期的《Nature Plant》杂志上也发表了两项相似的研究成果。

　　

生物通报道   根据发布在11月10日《基因组生物学》（Genome Biology）杂志上的一项研究，人们可以利用CRISPR/Cas9系统来提供稳定的分子免疫对抗感染植物的DNA病毒。

来自阿卜杜拉国王科技大学的研究人员在本氏烟(Nicotiana benthamiana)中测试了这一基因编辑工具。本氏烟是烟草（tobacco plant）的近亲，常被用来研究植物-病原体之间的互作。研究人员指出，如果这种方法能够在番茄一类的农作物中起作用，病毒抗性有可能会降低作物损失和它的经济后果。

宾夕法尼亚州立大学的Yinong Yang（未参与该研究）说：“这项研究提供了概念证明：可以利用CRISPR/Cas9来破坏DNA病毒，阻止病毒感染及疾病进展。一直以来人们都试图用RNA干扰控制植物中的DNA病毒，但它不能很好地起作用。”

亚利桑那大学及亚利桑那基因组研究所Jianwei Zhang（未参与该研究）说：“基于报告的结果，我相信CRISPR-Cas9系统可被广泛用作为一种新武器，在分子水平上保护植物免受DNA病毒感染（延伸阅读：Nature Biotechnology：扩大CRISPR-Cas9的靶向范围 ）。”

阿卜杜拉国王科技大学沙漠农业中心助理教授Magdy Mahfouz，和同事们利用CRISPR靶向了番茄黄曲叶病毒(TYLCV)。TYLCV是一种感染番茄的单链DNA病毒。根据Jianwei Zhang所说，到目前为止尚没有适当的方法来控制TYLCV这一最具破坏性的番茄病原体。当前的研究虽然并非首次利用CRISPR基因组编辑工具来靶向和降解植物病毒DNA，却第一次证实了遏制TYLCV感染的能力。

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近期的《Nature Plant》杂志上也发表了两项相似的研究成果。在第一项研究中，明尼苏达大学的研究人员利用CRISPR–Cas靶向破坏了豆黄矮病毒(BeYDV)。在第二项研究中，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组将该CRISPR切割系统引入植物，在本氏烟和拟南芥中建立了甜菜严重曲顶病毒BSCTV防御体系。

Mahfouz说：“我们证实了CRISPR/Cas9系统可以方便地赋予植物分子免疫力来对抗入侵病毒。另外两项研究得到了相似的结论，这极大地鼓舞了科学团体。”

其中一项研究的合著者、明尼苏达大学基因组工程中心主任Daniel Voytas说：“这三项研究利用CRISPR/Cas9靶向了三种不同的DNA病毒，均得出了相同的结论：证实CRISPR/Cas9是一个广泛适用的系统。”

Mahfouz研究小组利用烟草脆裂病毒感染将靶向TYLCV序列或对照序列的单导向(sgRNA)，导入到了过表达Cas9核酸内切酶的本氏烟中。在采用两种不同的方法用TYLCV来挑战这些植物后，表达病毒靶向sgRNA的植物相比于表达靶向对照序列sgRNA的植物累积很少的TYLCVs。研究人员证实，不仅干扰了病毒DNA复制，CRISPR/Cas9编辑通过sgRNA引导的核酸内切酶活性切割了病毒基因组。在接种TYLCV后，转染表达两种TYLCV靶向sgRNAs的RNA病毒进一步减少了TYLCV和植物疾病症状。“这一系统可同时靶向多个病毒，”Mahfouz说。

根据Mahfouz实验室博士后Zahir Ali所说，该研究小组现正致力构建可将CRISPR介导的病毒抗性传递给下一代的植物株系。研究人员还在番茄钟测试CRISPR/Cas9机器的表达。“我们现正将这一技术应用于包括番茄在内一些重要作物物种中以实现病毒抵抗，”Mahfouz说。

当前的过程涉及将外源DNA导入植物基因组中，这类植物有可能会被归类为转基因生物(GMOs)。“我们一直在思考以一种非GMO方法做到这一点，”Voytas说。

Yang和Voytas都看到了利用CRISPR来改善食物来源的明显利益。“这一策略可以提高生产力，挽回数十亿美元的农作物损失，并为全世界提供了可持续的食物，”Voytas说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Z. Ali et al., “CRISPR/Cas9-mediated viral interference in plants,” Genome Biology, doi:10.1186/s13059-015-0799-6, 2015. 

N.J. Baltes et al., “Conferring resistance to geminiviruses with the CRISPR–Cas prokaryotic immune system,” Nature Plants, doi:10.1038/nplants.2015.145, 2015.

X. Ji et al., “Establishing a CRISPR–Cas-like immune system conferring DNA virus resistance in plants,” Nature Plants, doi:10.1038/nplants.2015.144, 2015.