UMD报道了6个植物CRISPR-Cas12a的新变种，扩展了基因组工程

马里兰大学(University of Maryland)植物科学副教授齐益平(Yiping Qi)继续创新植物基因组编辑和工程，最终目标是提高粮食生产的效率。他的新研究贡献了6种植物CRISPR-Cas12a的新变种，首先在作为主要全球作物的水稻上进行测试。除了拓宽可能的基因编辑目标，这些工具可以同时编辑许多不同的位点，甚至抑制基因表达。

　　

 

   

图片:马里兰大学(University of Maryland)植物科学副教授齐益平(Yiping Qi)继续创新植物基因组编辑和工程，最终目标是提高植物基因组编辑的效率。

资料来源:美国国立卫生研究院，公共领域

马里兰大学(University of Maryland)植物科学副教授齐益平(Yiping Qi)在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表的一篇新文章中，继续创新植物基因组编辑和工程技术，最终目标是提高粮食生产的效率。他最近的研究贡献了6种CRISPR-Cas12a的新变种，它们以前从未在植物中得到验证，首先在作为主要全球作物的水稻上测试。除了允许更广泛的基因编辑目标之外，这些新工具还可以同时编辑基因组中的许多不同位点，甚至可以抑制基因表达以降低不需要的性状。这些正在申请专利的工具极大地扩大了CRISPR-Cas12a在植物中的作用范围，有助于更有效地生产粮食，以养活日益增长的全球人口。

“我们对这篇论文感到兴奋，因为我们已经做出了两项重大突破，”齐说。“首先，我们首次在植物中报道了多种具有基因组编辑功能的Cas12a工具，并发现一种[Mb2Cas12a]极大地拓宽了Cas12a的靶向范围。其次，我们已经开发了一种非常高效的系统，可以同时编辑许多不同的位点(多路编辑)，使我们能够在一代之内编辑水稻的16种不同基因。”

正如Qi解释的那样，Cas12a(像其他CRISPR系统一样)通常被绑定到特定的DNA短序列PAM序列上。PAM序列是CRISPR系统通常用来识别DNA中可能进行分子切割的位置。然而，由Qi引入的新的Mb2Cas12a变体可以在宽松的PAM要求下工作，扩大了Qi实验室最近对CRISPR-Cas9进行编辑的目标范围。

除了这一发现，为植物Cas12a引入的多路编辑系统提供了有效地同时编辑基因组多个位点的具体策略。为了这个概念验证，齐的团队首先瞄准了基因组中的六个不同位置，以提高水稻产量和抗病能力。但当这个实验成功后，团队并没有就此止步。

“我想增加更多的目标，看看是否有任何限制，”齐解释说。“所以我们又添加了10个位点，试图定位16个位点，我们发现几乎所有的水稻染色体，我们在一代中同时编辑所有位点的效率惊人。这甚至不一定是上限，但它是植物中被记录在案的最多的在一代之内同时对Cas12a进行编辑的基因。”

这一系统对精确育种和粮食生产效率有重大意义，齐教授说。“为了精确育种，一次可以编辑多少个基因实际上非常重要，因为你可以针对几乎任何东西，真正定制产品。我们的目标是抗病和产量，但你可以增加更多的性状，如氮素利用效率，气候适应性状，如耐温，等等。这真是一个健壮的系统。”

Qi目前正在研究用更宽松的靶点要求同时编辑更多基因的脱靶效应。但除了这些贡献之外，本文还证明了Cas12a在模型植物拟南芥中作为合成基因抑制因子的实用性，作为另一种基因组工程工具。

“你可以通过使用CRISPR来调节某些基因的激活或抑制，它不是作为一种切割工具，而是作为一种结合工具，吸引激活或抑制因子来诱导或抑制基因表达，从而设计出理想的性状。”在这种情况下，Cas12a的作用是胶水，而不是剪刀。你使用Cas12a的灭活形式去灭活其他基因的表达。对于行业和未来的研究来说，这是一个伟大的新工具。”

未来的工作将把这些工具扩展到水稻和拟南芥，并应用到各种植物和作物上。“这种技术有助于提高作物产量，并在一个不断变化的世界中可持续地养活不断增长的人口，”齐教授说。“我很高兴能继续扩大CRISPR技术的影响。”