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Nat Commun:中科院遗传所高彩霞研究组发表小麦DNA-free基因组编辑方法研究新论文

摘要 : 2017年1月18日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组题为“Efficient DNA-free genome editing of bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein complexes”的研究论文

2017年1月18日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组题为“Efficient DNA-free genome editing of bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein complexes”的研究论文,论文报道了在小麦DNA-free基因组编辑方法研究新进展。高彩霞研究组博士生梁振和副研究员陈坤玲为该论文的并列第一作者,高彩霞研究员为论文通讯作者。

CRISPR/Cas9是目前应用最为广泛的基因组编辑技术,已在作物基因功能研究以及品种改良中取得了巨大的成功。常规植物基因组编辑手段多通过农杆菌或基因枪的方法将CRISPR/Cas9 DNA表达框转入并整合到植物基因组中,进而发挥功能对目的基因进行编辑。但是这些方法多存在许多不足,如较高的潜在脱靶效应,易出现嵌合体,需通过后代分离方可获得无CRISPR/Cas9 DNA植物突变体。高彩霞研究组之前通过瞬时表达CRISPR/Cas9 的DNA或RNA的方式对小麦基因组编辑技术进行了改进,大大降低了外源DNA的整合几率。但是,CRISPR/Cas9 DNA进入到细胞以后仍然有一定可能也会降解产生小的DNA片段整合到基因组中,而CRISPR/Cas9 RNA瞬时表达技术则对实验操作具有较高要求,生产成本也较高。

此研究通过将CRISPR/Cas9蛋白和gRNA在体外组装成核糖核蛋白复合体(RNP),再利用基因枪法将CRISPR/Cas9 RNP转入小麦细胞中,在两个六倍体小麦品种中分别对两个不同基因tagw2和tagasr7进行了定点编辑,成功地在小麦中建立了全程无外源DNA的基因组编辑体系。研究结果还表明相比于CRISPR/Cas9 的DNA或RNA瞬时表达体系,CRISPR/Cas9 的RNP可以明显降低脱靶效应。这种DNA-free的基因组编辑方法具有精准、特异、简单易行、成本低廉的优势,并且成功避免了外源DNA片段整合到基因组中的潜在风险。这一利用CRISPR/Cas9 RNP实现小麦基因组编辑的方法有助于最大程度的减少监管,建立起精准、生物安全的新一代育种技术体系,加快作物基因组编辑育种产业化进程。

原文链接:

Efficient DNA-free genome editing of bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein complexes

原文摘要:

Substantial efforts are being made to optimize the CRISPR/Cas9 system for precision crop breeding. The avoidance of transgene integration and reduction of off-target mutations are the most important targets for optimization. Here, we describe an efficient genome editing method for bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs). Starting from RNP preparation, the whole protocol takes only seven to nine weeks, with four to five independent mutants produced from 100 immature wheat embryos. Deep sequencing reveals that the chance of off-target mutations in wheat cells is much lower in RNP mediated genome editing than in editing with CRISPR/Cas9 DNA. Consistent with this finding, no off-target mutations are detected in the mutant plants. Because no foreign DNA is used in CRISPR/Cas9 RNP mediated genome editing, the mutants obtained are completely transgene free. This method may be widely applicable for producing genome edited crop plants and has a good prospect of being commercialized.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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