研究揭示CRISPR／Cas系統在水稻中產生突變機制

　　7月17日，中國科學院上海生命科學研究院上海植物逆境生物學研究中心朱健康實驗室有關CRISPR/Cas研究新進展的文章The CRISPR/Cas9 system produces specific and homozygous targeted gene editing in rice in one generation 在國際學術期刊Plant Biotechnology Journal 雜志發表。

　　CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats)/Cas是源于細菌及古細菌中的一種后天免疫系統，它可利用靶位點特異性的RNA指導Cas蛋白對靶位點序列進行修飾。自2013年以來，CRISPR/Cas系統已經成功應用于人類、小鼠、斑馬魚、家蠶、果蠅、酵母、擬南芥及水稻等多個物種中。上海植物逆境生物學研究中心（PSC）首席科學家、美國科學院院士朱健康研究員帶領團隊，已經利用CRISPR/Cas系統成功實現了對模式植物擬南芥和農作物水稻中特定基因的定點突變（Miao et al., 2013, Molecular Plant； Feng et al., 2013，Cell Research），并進一步在擬南芥中研究了CRISPR/Cas誘導的基因突變或基因校正的模式、效率、特異性及遺傳度等（Feng et al., 2014，PNAS）。但對于CRISPR/Cas系統在水稻中產生突變的特點、效率、遺傳性及特異性等目前還不清楚。

　　朱健康領導研究小組進一步測試了2個水稻亞種（粳稻日本晴和秈稻Kasalath）11個靶基因中CRISPR/Cas9誘導產生突變的效率、特點、遺傳性及特異性等。對T0代轉基因植株的檢測表明，CRISPR/Cas9系統在所有11個靶基因位點都誘導產生了突變，突變效率高達66.7%，且超過一半（6/11）的靶基因位點在T0代獲得純合突變體。同時研究表明，CRISPR/Cas9誘導產生的基因突變在后代的遺傳傳遞符合經典的孟德爾定律。對 CRISPR/Cas9系統產生的突變類型分析表明，單堿基的突變類型超過70%，且大部分（53.9%）為單堿基的插入；超過10個堿基的突變類型僅為 3.7%。通過全基因組重測序及檢測與靶序列高度同源的序列，研究小組僅在只有一個堿基不同的潛在脫靶位點檢測到突變，這表明CRISPR/Cas9系統在水稻中有很高的特異性。該研究表明CRISPR/Cas9系統可實現對水稻特定基因的高效、可穩定遺傳的及特異性的定點突變。這項研究成果為 CRISPR/Cas9系統在水稻中的穩定應用及進一步應用該技術提高水稻的產量、抗性及品質等提供了理論基礎。

　　該研究于2014年5月23日在線發表于國際學術期刊Plant Biotechnology Journal 雜志上（doi:10.1111/pbi.12200），7月17日被選為該雜志第12卷第6期的封面文章。該項研究得到了中國科學院的資助。

雜志封面