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责编 | 王一
基因编辑通过改写生命密码，推动着生命科学的变革。基于CRISPR/Cas 的基因编辑是近年发展起来的基因编辑领域的颠覆性技术。其相比于已有的基因编辑工具，拥有简单、高效等优点，已成为基因编辑主流技术。Cas核酸酶除了分子“剪刀”功能外，还能通过融合不同的效应蛋白，结合其DNA识别属性，产生位点特异性的新型效应蛋白功能。通过融合各种脱氨酶或者逆转录酶从而产生了位点特异性的碱基编辑以及引导编辑工具，打开了精准编辑的大门。相比于传统的CRISPR/Cas系统，碱基编辑和引导编辑均能实现单个碱基的替换，既不需要引入DSB，又无需修复模板参与，具有高效、编辑结果可控等优点，在基因治疗、作物育种及生物技术研究等方面具有重大的应用潜能。此外，通过结合仅包含蛋白成分的基因编辑元件如TALE和DNA脱氨酶，成功延伸到了叶绿体和线粒体的基因组编辑。自首个碱基编辑工具开发以来，碱基编辑相关技术得到快速发展以及广泛应用。
2022年7月16日，南京农业大学基因编辑团队谭俊杰教授与德国马普所合作在国际著名期刊Trends in Genetics发表题为“DNA base editing in nuclear and organellar genomes”的综述文章，系统总结了细胞核和细胞器基因组中进行位点特异性碱基编辑的方法策略，重点介绍了提高碱基编辑效率、精确性和特异性的最新进展并讨论了现有碱基编辑工具的局限性以及未来存在的挑战。此外，该文也总结了碱基编辑在农业生物技术以及基因治疗中的应用。
该综述分为两部分内容：第一部分从CRISPR/Cas系统出发，着重介绍了目前应用最广泛的CRISPR/Cas9系统及其一系列功能优化的Cas核酸酶变体。然后进一步描述了基于CRISPR/Cas的DNA碱基编辑工具-碱基编辑器（Base editor; BE），重点介绍了碱基编辑器在提高编辑效率、改变编辑窗口、提高编辑精度和特异性等方面的研究进展，包括能同时实现两种不同类型碱基转化的双碱基编辑系统和碱基颠换系统。随后，由碱基编辑器目前的局限引出了功能更加强大但目前效率相对较低的引导编辑器（Prime editor; PE），并对其目前的研究进展进行了总结。
基于CRISPR/Cas9的碱基编辑策略
第二部分综述了实现细胞器基因组位点特异性碱基编辑的方法策略。着重介绍了基于TALE和DNA胞嘧啶脱氨酶DddA组成的细胞器胞嘧啶碱基编辑器DdCBE，并总结了其在植物细胞器基因组编辑中的应用及研究进展。此外，该部分还重点介绍了论文作者团队近期开发的向线粒体基因组引入可遗传突变的新方法TALEN-GDM。
基于转录激活因子样效应子（TALE）的细胞器碱基编辑策略
南京农业大学谭俊杰教授与德国马普所Joachim Forner博士为该论文第一作者，南京农业大学为论文第一署名单位，德国马普所Ralph Bock为论文通讯作者。
论文链接：
https://www.cell.com/trends/genetics/fulltext/S0168-9525(22)00176-7
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