近日，中國農業科學院植物保護研究所周煥斌課題組、周雪平課題組和四川大學生命科學學院林宏輝課題組合作開發了一系列基于Cas9-NG的各種水稻基因組定點編輯工具，并成功用于水稻單基因敲除、多基因敲除、單堿基編輯（堿基對G?C和A?T的互換）以及靶基因轉錄激活調控。該成果對于水稻基因功能解析和分子精準育種具有重要促進作用，加速實現水稻缺陷型基因的修飾矯正，有利于縮短水稻育種進程和延長現有優良品種的應用周期。相關研究成果在線發布在《分子植物（Molecular Plant）》上。
來源于化膿鏈球菌的Cas9核酸酶現已廣泛應用于水稻基因組編輯，有效促進了水稻功能基因組學研究和分子育種進程。Cas9在進行基因編輯的過程中需要識別靶DNA序列3’端的保守PAM（前間區序列鄰近繼續）序列。由于Cas9主要識別NGG PAM序列，這極大限制了基因組范圍內的靶DNA序列的選擇，尤其是對于特定位點核苷酸進行單堿基編輯時，往往造成無合適PAM可用。擴展PAM識別序列，將有利于擴展水稻基因組編輯應用范圍。
為此，該團隊選用Cas9突變體xCas9和Cas9-NG對水稻基因組編輯技術進行了優化和擴展。研究發現Cas9-NG編輯效果優于xCas9蛋白，并且將識別PAM序列由NGG簡化為NG，此外還能識別NAC、NTG、NTT和NCG等PAM序列。Cas9-NG在水稻上的成功應用，在一定程度上突破PAM識別序列的限制，將水稻基因組中的可編輯位點增加了8倍，眾多之前無法進行堿基編輯的位點如今可進行操作，大大擴展了編輯范圍。
該研究得到了基金委自然科學基金、國家重點研發計劃項目和中國農科院創新工程的資助。
