Genome Biol丨王小龙 / 魏迎辉团队评估基于糖基化酶的编辑器安全性并在绵羊中高效应用

碱基编辑器（Base editor,BE）是一类能够在不引起DNA双链断裂的前提下实现单碱基精准替换的工具，目前广泛使用的腺嘌呤碱基编辑器（ABE）和胞嘧啶碱基编辑器（CBE）可分别实现A→G和C→T的碱基转换（transition），即嘌呤间或嘧啶间的替换【1-2】。近年来，科学家们基于糖基化酶（例如尿嘧啶DNA糖基化酶UNG和N-甲基嘌呤DNA糖基化酶MPG）开发了可实现腺嘌呤颠换编辑的AYBE及鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T编辑的gGBE和TBE等新型碱基编辑器【3-9】，对于基础研究及基因治疗领域都有着重大的潜在价值。研究人员已经对ABE和CBE进行了系统性的脱靶安全性评估优化并在多个领域多个物种上实现了基因编辑应用。而针对基于糖基化酶的新型碱基编辑器，目前缺乏严格的系统性的脱靶效应检测，同时在基础研究、基因治疗和动植物育种上的应用研究相对匮乏。

2025年10月21日，西北农林科技大学王小龙/魏迎辉团队与新疆畜牧科学院畜牧研究所吴伟伟研究员合作，在Genome Biology杂志上发表了题为：

Efficient glycosylase-mediated base editing with minimal off-target effects in mammalian embryos

研究利用GOTI (Genome-wide Off-target analysis by Two-cell embryo Injection) 技术及RNA-seq技术对基于N-甲基嘌呤DNA糖基化酶MPG的AYBE-V106W和gGBE两种基因编辑工具进行了全基因组DNA水平和全转录组RNA水平的脱靶效应检测，结果发现AYBE-V106W和gGBE在DNA水平并没有表现出可以检测到的脱靶效应，而AYBE-V106W在RNA水平表现出较低的脱靶事件发生（图1）。

图1 利用GOTI技术评估AYBE和gGBE在DNA和RNA水平上的脱靶效应

随后，利用AYBE-V106W和gGBE两种工具在绵羊胎儿成纤维细胞和绵羊胚胎中进行了基因编辑效果测试，基于筛选到的靶标绵羊MSTN基因的高效sgRNA序列，制备出AYBE-V106W介导的6只基因编辑绵羊和gGBE介导的3只基因编辑绵羊。最后，通过对基因编辑绵羊进行基因型检测和脱靶效应评估，结果表明AYBE-V106W和gGBE实现了高效的A > C和G > C的偏好编辑，同时并未检测到明显的脱靶事件发生。

该研究基于高灵敏度、全基因组范围的GOTI脱靶检测技术和RNA-seq技术对AYBE和gGBE进行了系统性的评估，证实了其较高的编辑安全性，并率先实现基因编辑绵羊制备，展示了其在动物生物育种领域内的广阔应用前景，也暗示着研究人员需进一步优化A/G到T碱基编辑的效率和特异性，从而实现两种工具在基因治疗或农业育种应用中的精准高效编辑。

西北农林科技大学魏迎辉教授、研究生曹锡、黄舒泓、刘祖江、岳阳、本科生罗沐华为论文共同第一作者。西北农林科技大学王小龙教授、徐坤副教授、魏迎辉教授和新疆畜牧科学院畜牧研究所吴伟伟研究员为论文的共同通讯作者。西北农林科技大学羊遗传改良与生物育种团队陈玉林教授、新疆农业大学郑文新教授、中国科学院上海药物研究所杨辉研究员和童华威研究员、中国农业科学院深圳农业基因组研究所左二伟研究员对本项研究提供了重要支持。

原文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-025-03838-6

制版人： 十一

参考文献

1.Komor, A.C. et al. Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage.Nature533, 420-424 (2016).

2.Gaudelli, N.M. et al. Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage.Nature551, 464-471 (2017).

3.Tong, H. et al. Programmable A-to-Y base editing by fusing an adenine base editor with an N-methylpurine DNA glycosylase.Nat. Biotechnol.41, 1080-1084 (2023).

4.Chen, L. et al. Adenine transversion editors enable precise, efficient A•T-to-C•G base editing in mammalian cells and embryos.Nat. Biotechnol.42, 638-650 (2024).

5.Tong, H. et al. Programmable deaminase-free base editors for G-to-Y conversion by engineered glycosylase.Natl. Sci. Rev. 10, nwad143 (2023).

6.Ye, L. et al. Glycosylase-based base editors for efficient T-to-G and C-to-G editing in mammalian cells.Nat. Biotechnol.42, 1538-1547 (2024).

7.He, Y. et al. Protein language models-assisted optimization of a uracil-N-glycosylase variant enables programmable T-to-G and T-to-C base editing.Mol. Cell84, 1257-1270.e1256 (2024).

8.Tong, H. et al. Development of deaminase-free T-to-S base editor and C-to-G base editor by engineered human uracil DNA glycosylase.Nat. Commun.15, 4897 (2024).

9.Yi, Z. et al. Programmable DNA pyrimidine base editing via engineered uracil-DNA glycosylase.Nat. Commun.15, 6397 (2024).

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