升级版CRISPR/Cas供研究人员一次敲除多个植物基因

利用基因编辑工具CRISPR/Cas9的改进版本，研究人员一次就敲除了植物中的12个基因。这种方法使研究不同基因间的相互作用变得更容易。

　　

利用基因编辑工具CRISPR/Cas9的改进版本，研究人员一次就敲除了植物中的12个基因。这种方法是由马丁路德大学和莱布尼茨植物生物化学研究所（IPB）的研究人员开发的。这种方法使研究不同基因间的相互作用变得更容易。这项研究发表在《植物杂志》（Plant Journal）上。

植物性状的遗传很少像孟德尔（Gregor Mendel）描述的那样简单明了。这位僧侣在十九世纪的豌豆性状遗传实验中奠定了遗传学的基础，事实上孟德尔是幸运的。在孟德尔研究的性状中，只有一个基因决定一个特定性状的规则，例如豌豆的颜色，恰好适用，MLU生物研究所的植物遗传学家Johannes Stuttmann博士说。

据现代研究人员说，事情往往要复杂得多。通常有不同的基因，通过相互作用，产生某些特征，或者它们是部分冗余的，换句话说，它们产生相同的特征。在这种情况下，当这些基因中只有一个被关闭时，这种效应在植物中是不可见的。

MLU和IPB的科学家们现在已经开发出一种方法，通过改进CRISPR/Cas9，以更具针对性的方式研究这一复杂现象。这些基因编辑工具可以用来切割特定部位的生物体DNA。该团队以生物学家Sylvestre Marillonnet博士的工作为基础，他为IPB的CRISPR/Cas9系统开发了一个优化的构建块。“这一构建单元有助于在植物中产生更多的Cas9酶，它充当遗传物质的剪刀，”Stuttmann解释说。研究人员添加了24种不同的引导RNA，它们将剪切酶引导到遗传物质中所需的位置。在拟南芥和野生烟草烟草上的试验证明了该方法的有效性。在烟草植株中，最多有8个基因可以同时被关闭，而在水芹中，在某些情况下，最多有12个基因可以被关闭。Stuttmann认为这是一个重大进展：“据我所知，我们的研究小组是第一个一次成功解决这么多目标基因的研究小组。这可能使克服基因冗余成为可能。”

到目前为止，制造多个突变是一个复杂得多的过程。这些植物必须分阶段培育，每个阶段都有一个突变，然后相互杂交。这不仅耗时，而且不可能在所有情况下都做到。MLU和IPB开发的新方法克服了这些缺点，可以证明是一种更有效的研究方法。在未来，还可以测试几个基因的随机组合，以确定冗余。只有在植物性状发生显著变化的情况下，才有必要对新植物的遗传物质进行专门分析。

这项研究得到了德国研究基金会（DFG，German Research Foundation）的支持

Journal Reference:

1. Johannes Stuttmann, Karen Barthel, Patrick Martin, Jana Ordon, Jessica L. Erickson, Rosalie Herr, Filiz Ferik, Carola Kretschmer, Thomas Berner, Jens Keilwagen, Sylvestre Marillonnet, Ulla Bonas. Highly efficient multiplex editing: One‐shot generation of 8x Nicotiana benthamiana and 12x Arabidopsis mutants. The Plant Journal, 2021; DOI: 10.1111/tpj.15197

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Martin-Luther-Universit&auml;t Halle-Wittenberg. "Upgrade for CRISPR/Cas: Researchers knock out multiple genes in plants at once." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 March 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210322112621.htm>.

Martin-Luther-Universit&auml;t Halle-Wittenberg. (2021, March 22). Upgrade for CRISPR/Cas: Researchers knock out multiple genes in plants at once. ScienceDaily. Retrieved March 22, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210322112621.htm

Martin-Luther-Universit&auml;t Halle-Wittenberg. "Upgrade for CRISPR/Cas: Researchers knock out multiple genes in plants at once." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210322112621.htm (accessed March 22, 2021).