Nat Biotechnol：中科院高彩霞团队开发出针对植物的新型可预测的多核苷酸缺失系统
来源：本站原创 2020-07-19 08:12
2020年7月19日讯/生物谷BIOON/---许多小调控元件，包括miRNA、miRNA结合位点和顺式作用元件，仅由5～24个核苷酸组成，在调控基因表达、转录和翻译、蛋白结构方面发挥着重要作用，因此是基因功能研究和作物改良的理想靶点。CRISPR-Cas9系统已在基因组工程中得到广泛应用。在这种系统中，sgRNA引导的Cas9核酸酶产生染色体双链断裂（DS
2020年7月19日讯/生物谷BIOON/---许多小调控元件，包括miRNA、miRNA结合位点和顺式作用元件，仅由5～24个核苷酸组成，在调控基因表达、转录和翻译、蛋白结构方面发挥着重要作用，因此是基因功能研究和作物改良的理想靶点。
CRISPR-Cas9系统已在基因组工程中得到广泛应用。在这种系统中，sgRNA引导的Cas9核酸酶产生染色体双链断裂（DSB），DSB主要通过非同源末端连接（nonhomologous end joining, NHEJ）进行修复，从而导致频繁的长1~3 bp的短插入和缺失（indel）产生。然而，这些小 indel的异质性使得破坏这些调节性 DNA 在技术上具有挑战性。因此，开发一种精确的、可预测的多核苷酸缺失系统对这些调节性DNA的基因功能分析和应用具有重要意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞（Gao Caixia）教授及其研究团队一直致力于开发新技术，以实现高效、特异的基因组工程。在一项新的研究中，这些研究人员基于胞嘧啶脱氨和碱基切除修复（base excision repair, BER）机制，开发出一系列APOBEC-Cas9融合诱导缺失系统（APOBEC-Cas9 fusion-induced deletion system, AFID），将Cas9与人APOBEC3A（A3A）、尿嘧啶DNA-葡糖苷酶（UDG）和AP裂解酶结合，成功在水稻和小麦基因组中诱导出新型的精准、可预测的多核苷酸缺失。相关研究结果近期发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9”。
高教授说，“AFID-3产生了从5'-脱氨基的胞嘧啶到Cas9切割位点的多种可预测的缺失，预测的平均缺失比例超过30%。”
这些研究人员进一步筛选了水稻原生质体中不同胞嘧啶脱氨酶的脱氨活性，发现截短的APOBEC3B（A3Bctd）不仅显示出更高的碱基编辑效率，而且比其他脱氨酶具有更窄的窗口。
因此，他们用A3Bctd代替了AFID-3中的A3A，产生了eAFID-3。eAFID-3对双链断裂的首选TC基序产生更均匀的缺失，比AFID-3高1.52倍。
此外，这些研究人员利用这种AFID系统靶向水稻中OsSWEET14的效应物结合元件，发现可预测的缺失突变体对水稻白叶枯病的抵抗性增强了。
AFID系统优于目前其他在前间隔序列（protospacer）中产生可预测的多核苷酸靶向缺失的工具，因此有望为基础研究和遗传改良提供强大的缺失工具。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Shengxing Wang et al. Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0566-4.
2.Scientists develop novel predictable multi-nucleotide deletion systems in plants
https://phys.org/news/2020-06-scientists-multi-nucleotide-deletion.html
CRISPR-Cas9系统已在基因组工程中得到广泛应用。在这种系统中，sgRNA引导的Cas9核酸酶产生染色体双链断裂（DSB），DSB主要通过非同源末端连接（nonhomologous end joining, NHEJ）进行修复，从而导致频繁的长1~3 bp的短插入和缺失（indel）产生。然而，这些小 indel的异质性使得破坏这些调节性 DNA 在技术上具有挑战性。因此，开发一种精确的、可预测的多核苷酸缺失系统对这些调节性DNA的基因功能分析和应用具有重要意义。
图片来自Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0566-4。
中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞（Gao Caixia）教授及其研究团队一直致力于开发新技术，以实现高效、特异的基因组工程。在一项新的研究中，这些研究人员基于胞嘧啶脱氨和碱基切除修复（base excision repair, BER）机制，开发出一系列APOBEC-Cas9融合诱导缺失系统（APOBEC-Cas9 fusion-induced deletion system, AFID），将Cas9与人APOBEC3A（A3A）、尿嘧啶DNA-葡糖苷酶（UDG）和AP裂解酶结合，成功在水稻和小麦基因组中诱导出新型的精准、可预测的多核苷酸缺失。相关研究结果近期发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9”。
高教授说，“AFID-3产生了从5'-脱氨基的胞嘧啶到Cas9切割位点的多种可预测的缺失，预测的平均缺失比例超过30%。”
这些研究人员进一步筛选了水稻原生质体中不同胞嘧啶脱氨酶的脱氨活性，发现截短的APOBEC3B（A3Bctd）不仅显示出更高的碱基编辑效率，而且比其他脱氨酶具有更窄的窗口。
因此，他们用A3Bctd代替了AFID-3中的A3A，产生了eAFID-3。eAFID-3对双链断裂的首选TC基序产生更均匀的缺失，比AFID-3高1.52倍。
此外，这些研究人员利用这种AFID系统靶向水稻中OsSWEET14的效应物结合元件，发现可预测的缺失突变体对水稻白叶枯病的抵抗性增强了。
AFID系统优于目前其他在前间隔序列（protospacer）中产生可预测的多核苷酸靶向缺失的工具，因此有望为基础研究和遗传改良提供强大的缺失工具。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Shengxing Wang et al. Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0566-4.
2.Scientists develop novel predictable multi-nucleotide deletion systems in plants
https://phys.org/news/2020-06-scientists-multi-nucleotide-deletion.html
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