Mol. Plant | 广州大学关跃峰课题组联合北京大学贾桂芳课题组开发一种显著提高基因编辑效率的新方法

责编 | 王一

植物基因编辑工具的开发与应用已取得巨大成功，然而在很多物种（如大豆）和工具（如引导编辑）中，编辑效率低下仍是限制基因编辑应用的瓶颈。筛选高效表达元件、核酸酶进化等是提高编辑效率的常用手段，但现有方法大多面临物种或核酸酶特异性的局限性，因此有待开发广适性提升基因编辑效率的新方法。

2024年2月17日，广州大学关跃峰课题组与北京大学贾桂芳课题组合作在Molecular Plant在线发表题为“Expressing a human RNA demethylase as an assister improves gene-editing efficiency in plants”的研究成果。DNA靶序列染色质开放性显著影响基因编辑效率，研究人员受此现象启发，在基因编辑载体中共表达一个促进染色质开放的人源RNA m6A去甲基化酶(hFTO)，显著提高了大豆和水稻中各种基因编辑工具的效率。因此，hFTO可作为通用型的辅助基因，提高编辑工具的效率。

该研究首先在大豆高效基因编辑载体pGES401中增加了共表达hFTO的独立表达框，新载体命名pGES501。使用pGES401和pGES501分别构建24组载体，共靶向77个靶点。以上几十个载体分别单独开展大豆稳定转化，获得844棵（pGES401载体）和789棵（pGES501载体）T0稳转植株。结果显示，pGES501 在77个靶点平均编辑效率比pGES401提升50%以上，且pGES501可有效编辑pGES401无法编辑的位点。分析显示，共表达hFTO可显著降低大豆RNA m6A甲基化水平，进而提高染色质的开放性。hFTO还通过降低CRISPR-Cas transgene的甲基化水平而提高Cas9表达，共同提高了编辑效率。

Cas12类MAD7是不受知识产权限制 (royalty-free) 的核酸酶，有重要的育种应用价值，然而MAD7在大豆的编辑效率很低。该研究构建了共表达hFTO的MAD7大豆编辑载体，发现共表达hFTO可显著提高MAD7在大豆中的效率，因此开发了不受CRISPR/Cas9知识产权限制的大豆基因编辑新工具。

为测试共表达hFTO在不同物种和工具中的效果，研究人员将hFTO引入水稻高效引导编辑工具enpPE2中。结果显示，该策略也显著提高了转基因水稻中引导编辑的效率。因此，作为通用的染色质开放辅助基因， hFTO的共表达可用于提高不同物种、不同基因编辑工具的编辑效率。

图1 共表达hFTO可提高植物中基因编辑的效率

广州大学关跃峰教授和北京大学贾桂芳教授为本论文的共同通讯作者，广州大学博士后柏梦焱、中国农业大学博士生林文鑫、福建农林大学硕士生彭春燕和北京大学博士后宋培哲为共同第一作者，广州大学孔凡江教授团队和青岛清原农冠作物科学有限公司参与合作。本研究得到国家重点研发计划揭榜挂帅项目、国家自然科学基金等项目资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.02.010