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赵云德课题组研发无残留基因编辑新技术

南湖网讯(通讯员 和玉兵)如何剔除基因编辑株系中的转基因DNA片段?解决这个问题是基因编辑技术更广泛应用的前提。

近日,植物学领域知名期刊Molecular Plant (分子植物)在线发表了我校“千人计划”专家,长江学者讲座教授赵云德课题组题为“Programmed self-elimination of the CRISPR/Cas9 construct greatlyaccelerates the isolation of edited and transgene-free rice plants”的研究论文,该研究开发出了一种新的无残留基因编辑技术。

传统的外科手术完成之后需要进行缝针。早期,因为技术的限制,尤其是缝针所用的缝合线无法及时在人体的组织中被降解,所以患者在被缝针之后仍需要在伤口愈合以后及时去医院拆线,否则可能会导致伤口再次感染。拆线会产生二次伤口,缝合部位容易留下疤痕,此外还会再次伴随疼痛,因此,依赖于可吸收型缝合线的无残留免拆线技术应运而生。同理,“基因魔剪”在DNA水平的外科手术也有类似的问题需要解决。

在植物基因编辑领域,高效基因编辑技术依赖于将带有Cas基因表达盒和sgRNA转录盒的DNA元件稳定转化到植物体内。但是,转基因片段上的基因编辑元件的存在势必增加脱靶效应的风险,使得表现型不能稳定。此外,对于遗传学研究来说,转基因片段上的基因编辑元件的存在使得难以确定检测到的突变是从上一代遗传还是由当代新产生的。

目前,从基因编辑体系中获得不带有转基因片段的方法主要有如下几种:1)多代自交或回交分离鉴定。2)使用荧光标记辅助筛选。3)将CRISPR/Cas9元件与除草剂敏感元件偶联,然后通过除草剂筛选不含转基因片段的植物。但是,这些方法均需要比较大的种植规模和筛选量。4)核酸-蛋白复合体转化方法。凯发-真人百家乐首选品牌由于该方法不加抗生素筛选,严重影响获取被编辑植株的概率。虽说可以通过PCR的鉴定来筛选有突变的植株,但是这也是一项劳动强度比较大的工作。

为了解决以上问题,赵云德课题组提出了一种新型的快速高效获得非转基因的定点基因突变植株的技术方案。研究人员将两个自杀基因元件与CRISPR/Cas9基因编辑元件整合成一个连锁的系统,称为TKC(Transgene Killer CRISPR)系统。该系统可以主动和自动消除任何含有转基因DNA片段的植株,但仍能使植物体在转基因DNA片段被去除之前发生靶向基因编辑。作者以水稻分蘖角变大突变体lazy1为范例,通过该系统成功实现了在不影响基因编辑效率的情况下高效自主获取非转基因突变体的目标。该系统极大地减少了分离无转基因片段的基因编辑植物所需的时间和劳力,为作物改良提供了非常有用的工具,并且该系统也可以防止由花粉或种子的飘散而引起的转基因漂移。作者相信该系统作为一种新的无转基因基因编辑策略将在水稻以及其它植物的基因编辑中有广泛的应用前景。据悉,本研究已分别申请了中国和美国专利。

我校植物科学技术学院博士后和玉兵为本文第一作者,赵云德教授为本文通讯作者。研究单位分别为我校作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院、植物科学技术学院、加州大学圣地亚哥分校。本研究得到国家转基因专项以及华中农业大学科学技术自主创新基金的资助。

示意图

图 编辑靶基因后,自杀基因介导的转基因DNA片段自我消除示意图。

审核人:赵云德