著名学者朱健康：利用CRISPR-Cas9生成可遗传的基因修饰

　　

生物通报道  来自中国科学院上海植物逆境生物学研究中心、昆士兰大学的研究人员报告称，他们开发出了胚系特异性的CRISPR-Cas9系统改善在拟南芥中生成可遗传的基因修饰。这项研究工作发布在9月11日的《Plant Biotechnology Journal》杂志上。

中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任朱健康（Jian-Kang Zhu）是这篇论文的通讯作者。朱教授是植物抗逆生物学领域世界级领军人物之一，其及其领导的实验室在植物抗旱、抗盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有声誉。是首批“****”入选者，现为美国普渡大学生物化学系和园艺及园林系杰出教授，2010年当选为美国国家科学院院士（延伸阅读：著名学者朱健康发表PNAS表观遗传新文章）。

在过去的十年里，正向遗传学方法一直是基因功能研究的首选方法。利用化学药物或物理因素进行随机诱变被广泛用于生成大量的突变群体，随后从中筛选出感兴趣的表型。然而直到现在仍有大量的基因功能不明，并有许多基因的功能尚未得到实验验证。就这些基因来说，可以采取RNA干扰(RNAi)介导基因沉默一类的反向遗传学策略来进行功能缺失研究。但RNAi介导基因沉默的水平在品系间有差异，且无法保证数代内沉默的稳定性。

工程内切核酸酶技术为在许多物种中生成靶向基因突变和其他的修饰提供了一种有前景的替代方法。近年来链球菌源性CRISPR/Cas9系统被广泛用于植物中实现靶向基因修饰。这种定制化内切核酸酶系统包含两个元件：靶向识别DNA的单链向导RNA(sgRNA)及进行DNA切割的Cas9。广泛表达的CRISPR/Cas9（UC）系统不仅可以高效地生成靶基因修饰，而且在生殖细胞中生成的这些基因修饰还可以传递给下一代。

在这篇文章中研究人员报告称，他们设计并利用SPOROCYTELESS (SPL)基因组表达盒构建出了一种胚系特异性Cas9系统(GSC)系统，其适用于在雄性配子体中进行基因修饰。随后比较分析了GSC和UC两种系统靶向两个內源基因的4个位点。他们证实在T1植物中GSC系统生成的突变少见，但在T2代有大量的突变(30%)。绝大多数(70%)利用UC系统生成的T2突变群体是嵌合体，而新开发的GSC系统只生成了29%的嵌合体，70%的T2突变体是杂合体。

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分析T2群体中的两个位点显示，相比于UC系统，采用GSC系统生成的可遗传基因突变的丰度高37%，并且突变多态性水平也显著提高。此外，研究人员还检测了另外两个基于胚系特异性启动子(pDD45-GT和pLAT52-GT)的系统，其中一个可以生成可遗传的纯合子T1突变体植物。

这些研究结果表明，未来可以应用这一新的GSC系统推动筛查靶基因修饰，尤其是T2群体中的致死突变。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Development of germ-line-specific CRISPR-Cas9 systems to improve the production of heritable gene modifications in Arabidopsis.

he Streptococcus-derived CRISPR/Cas9 system is being widely used to perform targeted gene modifications in plants. This customized endonuclease system has two components, the single-guide RNA (sgRNA) for target DNA recognition and the CRISPR-associated protein 9 (Cas9) for DNA cleavage. Ubiquitously expressed CRISPR/Cas9 systems (UC) generate targeted gene modifications with high efficiency but only those produced in reproductive cells are transmitted to the next generation……

作者简介：

朱健康 顶尖****/研究员，中科院上海植物逆境生物学研究中心主任、研究组长、博士生导师

1983-1987, 中国, 北京农业大学 土壤农业化学 获学士学位；1987-1990, 美国, 加州大学河滨分校 植物学 获硕士学位；1990-1993, 美国, 普度大学 植物生理学 获博士学位；1994.6 美国, 洛克菲勒大学 分子生物学 博士后；1995-1996, 美国, 奥本大学植物与微生物学系 助理教授；1996-1998, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 助理教授；1999-2000, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 副教授；2000-2003, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 教授；2004-2006, 美国, 加州大学河滨分校植物学与植物科学系 特聘教授, 研究所所长；2007-2010, 美国, 加州大学河滨分校植物学与植物科学系 Jane Johnson讲座教授；2009.07-2011.06, 沙特, KAUST大学植物逆境基因组中心 主任；2010-至今, 美国, 普度大学生物化学与园艺及园林系 杰出教授；2011.7-至今，中科院上海生命科学研究院 研究员 顶尖****

研究方向： 1）渗透胁迫的感应和信号传导，2）低温胁迫的感应和信号传导，3）耐盐和耐氧化的机制，4）RNA介导的DNA甲基化，5）DNA去甲基化及其调控

获奖及荣誉： 2011年 入选中央“顶尖****”；2010年 入选美国科学院院士；2008年 被Thomson Reuters 评为1997-2007年度美国引用率最高的植物学科学家；2005年 获普度大学农学杰出校友奖；2004年 美国科学促进会会员；2003年 美国植物生物学家学会Charles Albert Shull奖；2002年 亚利桑那大学农业和生命科学学院年度科学家