科研人員開發出高效植物mRNA遞送系統

基因組編輯技術在農業領域的應用推動了作物改良，但以DNA形式遞送基因編輯工具的方式存在外源DNA整合風險和脫靶效應。近年來，無外源DNA殘留的基因組編輯遞送技術備受關注。盡管基于核糖核蛋白的遞送策略在小麥等作物中實現了T0代基因敲除，但其復雜的制備與操作限制了應用。相比之下，mRNA遞送策略具有制備靈活、可大規模生產的優勢，可為基因編輯提供高效且安全的替代方案。

2016年，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究組建立了基因槍介導的mRNA遞送方法，在T0代小麥中獲得無外源DNA整合的基因敲除突變體。當前，植物中的mRNA遞送系統效率較低，且在精準基因編輯如堿基編輯和引導編輯方面的應用鮮有報道。近日，高彩霞研究組通過優化體外轉錄mRNA（IVT）的翻譯效率與遞送穩定性，開發了新型基因槍介導的mRNA遞送系統v2_TMV/DEN2，提高了植物基因編輯效率，并在植物中實現了高效的C-to-T和A-to-G堿基編輯。

該研究系統性優化了體外轉錄RNA（IVT）的翻譯效率與遞送穩定性。研究發現，煙草花葉病毒（TMV） 5'UTR與120nt poly（A）尾可使IVT mRNA在原生質體中的翻譯效率提升12.9倍，在水稻懸浮細胞中的編輯效率提高1.9倍。進一步，研究引入登革熱病毒（DEN2）5'UTR序列，采用魚精蛋白包被技術，提高了基因編輯效率并構建了新型mRNA遞送系統v2_TMV/DEN2。與廣泛使用的質粒形式的遞送方式相比，v2_TMV/DEN2在T0代水稻和小麥中的編輯效率平均提高了4.3倍和3.5倍。研究對T0代水稻突變體進行全基因組測序分析發現，v2_TMV/DEN2獲得的突變體均無外源DNA片段整合。

2月10日，相關研究成果在線發表在《植物生物技術雜志》（Plant Biotechnology Journal）上。研究工作得到國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、山東省重點研發計劃（農業良種工程）等的支持。