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Nat Plants:中科院微生物所邱金龙研究组与遗传所高彩霞研究组合作发表植物基因组编辑研究综述

摘要 : 2017年7月31日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院微生物研究所邱金龙研究组和中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组的一篇研究论文,论文报道了植物基因组编辑的现状。

2017年7月31日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院微生物研究所邱金龙研究组和中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组的一篇研究论文,论文报道了植物基因组编辑的现状。邱金龙研究组助理研究员尹康权为第一作者,邱金龙研究员和高彩霞研究员为共同通讯作者。

序列特异性核酸酶使得基因组编辑成为可能,快速推动了基础和应用生物学的发展。CRISPR-Cas9系统自出现以来,作为可转化植物的基因组编辑工具已得到广泛应用。CRISPR-Cas9对基因组靶位点进行定向切割,造成DNA双链断裂。DNA双链断裂主要通过两种高度保守的机制进行修复,即非同源末端连接(Non-homologous end joining, NHEJ)和同源重组(Homologous recombination, HR)。通过NHEJ方式,断裂的DNA会重新连接,但往往是不精确的,断裂位置会产生少量核苷酸的插入或删除,通常产生基因敲除突变体;与之相反,HR方式以同源序列为模板进行合成修复,可以产生精确的定点替换或插入突变,精准编辑靶基因。通过基因组定向突变进行基因功能鉴定和性状改良在植物中已得到广泛应用。然而,在植物中进行精准基因组编辑的需求极其迫切,尤其是对于那些难以转化的物种。目前,新开发出来的Cas9变体、新型RNA导向的核酸酶、碱基编辑系统和无DNA的CRISPR-Cas9递送方法都为植物基因组工程提供了前所未有的机遇。

文章综述植物基因组编辑的现状,重点关注由于植物基因组编辑的自身特点(如图)所带来的特殊挑战和机遇,并介绍了新近发展出的基因组编辑工具、方法及其在植物中潜在的应用。文章最后还展望了植物基因组编辑的前景和未来方向。

图:利用 CRISPR-Cas9 进行植物基因组编辑的基本工作流程

原文链接:

Progress and prospects in plant genome editing

原文摘要:

The emergence of sequence-specific nucleases that enable genome editing is revolutionizing basic and applied biology. Since the introduction of CRISPR–Cas9, genome editing has become widely used in transformable plants for characterizing gene function and improving traits, mainly by inducing mutations through non-homologous end joining of double-stranded breaks generated by CRISPR–Cas9. However, it would be highly desirable to perform precision gene editing in plants, especially in transformation-recalcitrant species. Recently developed Cas9 variants, novel RNA-guided nucleases and base-editing systems, and DNA-free CRISPR–Cas9 delivery methods now provide great opportunities for plant genome engineering. In this Review Article, we describe the current status of plant genome editing, focusing on newly developed genome editing tools and methods and their potential applications in plants. We also discuss the specific challenges facing plant genome editing, and future prospects.

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