我科學家用CRISPR實現楊樹定向誘變

　　最近，RNA引導的CRISPR/Cas基因組編輯，已被用于多種草本植物的基因組編輯。然而，該系統是否可用于木本植物的 基因組編輯，仍然還是非常罕見的。今年六月份，美國喬治亞大學（UGA）的研究人員首次利用CRISPR/Cas基因編輯工具，修改楊屬植物的基因組。他 們的研究結果發表在植物學國際知名期刊《New Phytologist》，為更快速和更可靠的植物基因編輯，打開了大門。

　　七月二十日，來自西南大學、中科院西北高原生物研究所的科學家，在Nature子刊《Scientific Reports》發表的一項研究中，通過CRISPR/Cas系統實現林木植物毛白楊（Populus tomentosa Carr.）的基因組編輯和靶基因突變。

　　本文通訊作者為西南大學生命科學學院教授、博士生導師羅克明，其1999年畢業于西南師范大學生物系，1999年9月至2004年7月，為西南農業 大學與美國康涅狄格大學聯合培養博士，2001年12月至2003年10月，美國康涅狄格大學訪問學者，2005年2月至2007年2月，西南大學生物技 術中心副研究員，2007年3月至2008年5月，在美國密歇根理工大學從事博士后研究，2008年7月至今，西南大學生命科學學院教授。教育部“新世紀 優秀人才計劃”獲得者，中科院“百人計劃”入選者。主要研究方向：三峽庫區特色資源植物功能基因研究及基因工程；轉基因植物生物安全性評估、檢測和控制技 術的研究，曾在Molecular Biology、Plant Cell Reports、PLoS ONE、J. Exp. Bot.等學術期刊發表論文多篇。

　　作為一個最廣泛種植的速生樹種，楊樹具有巨大的經濟價值和生態價值。自從2006年毛果楊（Populus trichocarpa）全基因組序列發布以來，現在有廣泛的基因組資源可用于這個樹種的功能基因組學研究，它已被用作森林遺傳學和木本植物研究的一個模 型。因此，了解楊樹基因功能和轉錄調控的分子機制，對于樹木遺傳工程和可持續的森林管理，是至關重要的。然而，相比較擬南芥、水稻和其他的一年生模式植 物，木本植物由于營養生長期較長、遺傳轉化效率低和突變體數量有限，更難進行功能基因組學研究。盡管一些有前途的方法，可以產生楊樹的基因敲除突變體，但是到目前為止，仍然缺乏大規模的基因突變體資源。

　　在這項研究中，研究人員利用CRISPR/Cas9系統，在毛白楊中實現了基因組編輯和靶基因突變。研究人員設計了四個引導RNA（gRNA），來靶定毛白楊八氫番茄紅素脫氫酶基因8 (PtoPDS) 的不同基因組位點。在農桿菌介導的轉化之后，研究人員在轉基因楊樹中觀察到了明顯的白化表型。通過分析RNA引導的基因組編輯事件，59個PCR克隆中有 30個是純合子突變體，有2個是雜合子突變體，這些目標位點的突變效率估計是51.7%。這些數據表明，我們可以利用Cas9/sgRNA系統，在木本植物中精確地編輯基因組序列，并有效地建立基因敲除突變體。