胚系細胞特異性的CRISPRCas9基因修飾系統研究中獲進展

　　9月11日，國際學術期刊plant Biotechnology Journal 在線發表了中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心朱健康研究組題為Development of germ-line-specific CRISPR-Cas9 systems to improve the production of heritable gene modifications in Arabidopsis 的研究論文。該研究在模式植物擬南芥中開發出了胚系特異性的CRISPR-Cas9基因修飾系統，可以改善擬南芥中可遺傳的基因修飾的發生頻率和多樣性。

　　近年來，CRISPR-Cas9系統為基因組定點修飾技術帶來了革命性的飛躍，該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。這種定制化內切核酸酶系統包含兩個元件：靶向識別DNA的單鏈向導RNA(sgRNA)及進行DNA切割的Cas9。盡管泛在性表達的CRISPR/Cas9（UC）系統可以高效地生成靶基因修飾，并且將這些基因修飾通過生殖細胞系傳遞給下一代，但也會伴隨產生大量不可遺傳的體細胞突變。因此開發和改善胚系細胞特異性的基因修飾系統，將有利于減少體細胞突變發生頻率，同時極大地提高目標基因修飾的遺傳率。

　　朱健康研究組設計并利用SPOROCYTELESS (SPL)基因的表達盒構建出了胚系特異性Cas9系統(GSC)系統，該系統可以特異地在雄性配子體中進行基因修飾。通過比較分析GSC和UC兩種系統介導4個靶向內源基因位點修飾的效率和特性，發現在T1代植物中GSC系統生成的突變很少(3%)，但在T2代群體中檢測到大量的突變株(30%)，其中70%是可以穩定遺傳的雜合子；而利用UC系統生成的T2代突變群體中，大部分（70%）是嵌合體。進一步分析比較其中的兩個位點顯示，采用GSC系統生成的可遺傳基因突變的豐度要比UC系統高37%，并且突變多態性也有顯著提高。此外，研究人員還檢測了另外兩個基于胚系特異性啟動子的CRISPR/Cas9系統(pDD45-GT和pLAT52-GT)，其中pDD45-GT系統在T1代就能產生可遺傳的純合突變體。這些研究結果表明，未來對這一新的GSC系統的開發和應用將極大地推動植物中針對特定靶基因修飾類型，尤其是致死突變的大規模篩選。

　　該工作得到了中科院經費的支持。