近日，中國農業科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創新團隊在《分子植物學》（Molecular Plant）上在線發表最新研究論文。該團隊優化升級了現有植物腺嘌呤堿基編輯器，并借此成功對水稻主栽品種的4個除草劑靶標基因實現了一次性同時改造。
論文通訊作者周煥斌介紹，近年來，由CRISPR系統（CRISPR1.0）與核苷酸脫氨酶為基本架構的植物堿基編輯器（CRISPR2.0），作為一種重要技術手段在植物學基礎研究和作物品種改良中得到了廣泛應用。
相對于胞嘧啶堿基編輯器的深度優化，目前已有的腺嘌呤堿基編輯器基本采用腺嘌呤脫氨酶突變體TadA7.10，編輯效果差強人意，不少基因組靶位點的編輯效率都較低，甚至為零，嚴重限制了該技術在植物學和作物品種改良中的應用。
為了實現對現有植物腺嘌呤堿基編輯器的優化升級，該團隊研究人員對TadA7.10衍生版本進行了評估，并在此基礎之上開發出全新版本TadA9。進一步采取TadA單體策略以及整合SurroGate系統，多個測試靶位點處的堿基編輯效率逐步提高至90%以上，基本類似于CRISPR技術進行靶基因敲除的表現。
在四種新TadA突變體中，TadA8e的編輯能力明顯高于TadA8.17和TadA8.20，而TadA9的編輯能力與TadA8e相當，甚至更高，且擴大了編輯窗口范圍。尤其是對于之前難以編輯的靶位點，TadA9表現出強勁的編輯能力。
該研究還證實，TadA9和TadA8e能與眾多Cas9衍生蛋白和同源蛋白廣泛兼容。利用TadA9載體，該團隊成功對水稻主栽品種南粳46中的4個除草劑靶標基因實現了一次性同時改造，4個靶點共編輯效率高達 56.25%，其中3個靶基因的編輯效率高于80%。
該研究優化出的一系列高效腺嘌呤堿基編輯器極大地擴展了單堿基編輯技術在植物上的應用，對植物功能基因組學研究和農作物分子精準育種改良具有重大推進作用。
該團隊前期還成功開發一系列植物單堿基編輯工具，用于水稻內源靶標基因的定點精準改造，通過單堿基編輯和其介導的植物內源基因定向進化育種新方法，成功人工創制多個基因編輯新功能種質材料。
相關技術已申請中國發明專利并獲授權（專利號ZL 2020 1 1308944.7）。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.02.007
