Plant Physiol | 中国农业科学院杨学勇课题组、中山大学李剑峰课题组合作开发新型基因调控工具

基因表达的高效调控对维持生物体的正常功能、适应环境变化以及维护遗传稳定性至关重要。利用CRISPR/Cas9系统衍生的靶向基因表达调控工具精准调控靶标基因表达，是治疗人类疾病和改良作物性状的一种具有广阔应用前景的技术手段。近年来，科学家们开发了多种相关的激活调控工具，并在动物系统中得到了广泛的应用。但是相关的转录抑制系统仍然有限，特别是在植物研究领域鲜有报道。

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇课题组和中山大学生命科学学院李剑峰课题组共同合作发表了题为“A nuclease-dead Cas9-derived tool represses target gene expression”的研究论文。该文章开发了一种基于Nuclease-dead Cas9 (dCas9)的转录抑制工具dCas9-N，该工具将失去酶切活性的Cas9和黄瓜TENDRIL-LESS（CsTEN）蛋白的N结构域进行融合表达，通过对靶标基因的靶点进行识别并结合来阻止靶标基因的转录起始或延伸过程，实现在植物细胞内精确温和的转录抑制效果。

之前的研究发现了一种TEN的N结构域是一种作用于基因内部增强子的新型的组蛋白乙酰转移酶，通过打开染色质激活基因表达。这一有趣的发现促使探索N与dCas9融合，开发新的基因表达工具。令人惊讶的是，由于N结构域结合染色质的功能，N与dCas9融合后，靶标在近端启动子或基因内部后可以促进dCas9复合物有效阻止转录起始或延伸，继而发挥基因抑制功能。相较于dCas9，新型调控工具dCas9-N在植物中展现出更稳定和更强的转录抑制效果。

研究进一步通过瞬时转染和稳定遗传转化在黄瓜和拟南芥（Arabidopsis thaliana）中靶标本底表达量具有差异的基因，均实现有效抑制。通过RNA-seq和荧光定量对潜在脱靶位点的基因表达进行分析，结果未发现脱靶现象，验证了该系统的特异性和有效性。该项研究不仅丰富了关于精准育种的基因调控工具库，也为人们开发新的种质资源提供帮助。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员和中山大学生命科学学院特聘副研究员黎镇祥为本文通讯作者，博士研究生王博文，蔬菜所博士后刘晓林和中山大学黎镇祥为本文共同第一作者，中山大学生命科学学院李剑峰教授对该文章提供了指导和帮助。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国农业科学院科技创新计划等基金资助与支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae149