中国农科院用CRISPR实现大豆基因组编辑

　　

生物通报道：作为一种新的基因编辑技术，CRISPR/Cas系统已经迅速而广泛地用于各种生物的基因组工程。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。这项研究的通讯作者，是中国农科院作物科学研究所的研究员、博士生导师侯文胜博士。延伸阅读：我科学家用CRISPR实现大豆定向诱变。

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。然而，有几个瓶颈阻碍了这一进展。

大豆基因功能的研究目前包括过量表达和RNAi（RNA干扰）为基础的方法。根癌农杆菌介导的转化已被广泛用于产生转基因大豆植株。然而，这种传统的方法有一些缺点。外源基因（DNA片段）进入细胞核后，通常被随机地整合到植物基因组中，可能会产生负面的结果，如植物内源基因的中断或外源基因的沉默。RNAi可能沉默整个基因家族，但是研究人员想获得的是单个靶基因的沉默。

大豆基因组是复杂的，因为这些基因是高度重复的。因此，研究大豆基因功能和基因组工程，就必需精确和简单的方法。最近，CRISPR/Cas9已经成为一种强大和有效的工具，可编辑一个基因家族的每个成员，而不影响其他基因，或同时编辑多个感兴趣的基因，从而克服了上述传统方法的不足。利用这一新系统诱导的靶基因组修饰，已被成功地引入了许多植物当中，包括许多主要作物，如水稻、小麦、高粱和玉米。因此，这项技术可能被用来检测大豆基因的功能。

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在本研究中，研究人员成功地应用II型CRISPR/Cas9系统，在大豆（Glycine max (L.) Merrill.）中获得并评估了靶基因的基因组编辑。单导向RNA（sgRNA）和Cas9盒被组装到一个载体上，以提高转换效率，研究人员设计了一个sgRNA——可靶向一个转基因（bar），和六个sgRNA——靶定两个内源性大豆基因（GmFEI2 and GmSHR）的不同位点。

研究人员在大豆毛状根中检测到了靶基因突变。结果表明，这种自定义的CRISPR/Cas9系统，可以相同的效率，对大豆毛状根中的内源性和外源性基因进行编辑。研究人员还进行了实验，来检测CRISPR/Cas9系统仅使用一个自定义sgRNA同时编辑两个大豆内源性基因的潜力。

总的来说，产生和检测CRISPR/Cas9介导的大豆毛状根靶基因的基因组修饰，可以迅速评估每个靶位点的效率。具有较高效率的靶位点，可用于常规的大豆遗传转化。此外，该方法提供了一种强大的工具，用于大豆根特异性功能基因组学的研究。

（生物通：王英）

注：侯文胜，博士，研究员。1991年本科毕业于西北农业大学（现西北农林科技大学），2001年在西北农林科技大学获得博士学位，2002年进入中国农业科学院作物学博士后流动站，在生物技术研究所从事博士后研究工作，2004年出站后，到中国农业科学院作物科学研究所工作，主要从事大豆转基因技术、分子育种和基因克隆等研究工作。共主持国家转基因生物新品种培育重大专项重大课题任务、国家自然科学基金项目等科研项目十多项；参加国家自然科学基金项目、“973”项目、“863”项目等多项。获陕西省科技进步二等奖1项（第五完成人）；参与培育国审大豆品种4个、省审大豆品种8个；在SCI期刊及国家科技核心期刊等发表论文40多篇；参与编写学术著作3部。

生物通推荐原文摘要：
CRISPR/Cas9-Mediated Genome Editing in Soybean Hairy Roots
Abstract: As a new technology for gene editing, the CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat)/Cas (CRISPR-associated) system has been rapidly and widely used for genome engineering in various organisms. In the present study, we successfully applied type II CRISPR/Cas9 system to generate and estimate genome editing in the desired target genes in soybean (Glycine max (L.) Merrill.). The single-guide RNA (sgRNA) and Cas9 cassettes were assembled on one vector to improve transformation efficiency, and we designed a sgRNA that targeted a transgene (bar) and six sgRNAs that targeted different sites of two endogenous soybean genes (GmFEI2 and GmSHR). The targeted DNA mutations were detected in soybean hairy roots. The results demonstrated that this customized CRISPR/Cas9 system shared the same efficiency for both endogenous and exogenous genes in soybean hairy roots. We also performed experiments to detect the potential of CRISPR/Cas9 system to simultaneously edit two endogenous soybean genes using only one customized sgRNA. Overall, generating and detecting the CRISPR/Cas9-mediated genome modifications in target genes of soybean hairy roots could rapidly assess the efficiency of each target loci. The target sites with higher efficiencies can be used for regular soybean transformation. Furthermore, this method provides a powerful tool for root-specific functional genomics studies in soybean.