CRISPR/Cas9 系统助力揭示 PlCYP81Q38对透骨草木脂素积累的影响

为探究 PlCYP81Q38功能，研究人员利用 CRISPR/Cas9 系统开展研究，证实其影响木脂素积累。

　　透骨草（Phryma leptostachya）是一种传统中药，在传统医学和天然植物杀虫剂领域应用广泛，其主要活性成分是木脂素。在木脂素的生物合成过程中，一种名为 PlCYP81Q₃₈的 P450 蛋白被认为起着关键作用，它负责将 (+)- 松脂醇转化为芝麻素。CRISPR/Cas9 系统作为前沿的基因组编辑工具，已在多种物种中广泛用于基因功能研究，但在透骨草中尚未得到应用。

本研究将 CRISPR/Cas9 系统与发根转化技术相结合，对 PlCYP81Q₃₈基因进行靶向诱变。研究人员使用二元载体 pYLCRISPR/Cas9Pubi-H，并辅以双单链引导 RNA（sgRNAs），实现了在两个基因位点的精确编辑和大片段的缺失。这一编辑系统使得诱变率超过 79%，片段缺失突变体的比例达到了显著的 61.9%。

液相色谱 - 串联质谱（Liquid chromatography/tandem mass spectrometry ）分析证实，对 PlCYP81Q₃₈的靶向诱变影响了木脂素的生物合成，导致松脂醇积累，同时芝麻素、6 - 去甲氧基透骨草醇乙酸酯和透骨草醇乙酸酯的生成受到干扰。此外，通过基因共表达分析发现，敲除 PlCYP81Q₃₈会使上游通路基因，如 dirigent 基因、肉桂酰辅酶 A 还原酶（cinnamoyl-CoA reductase ）基因、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl-alcohol dehydrogenase ）基因和对香豆酸 3 - 羟化酶（p-coumarate 3-hydroxylase ）基因上调。

综上所述，借助 CRISPR/Cas9 平台这一针对透骨草靶向基因组编辑的新技术，研究结果证实了 PlCYP81Q₃₈在木脂素生物合成途径中的重要作用，也凸显了 CRISPR/Cas9 系统在探索该植物功能基因组和次生代谢产物生物合成方面的潜力。