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CRISPR/Cas介导的精准基因组编辑技术及其在农作物改良中的应用

发布时间:2019-11-26 16:07:03 来源:植物研究进展


CRISPR系统介导的基因编辑技术可对靶标基因进行定点敲除、插入、替换等,实现定向精准品种改良,已成为农作物改良的重要工具和生物种业竞争的战略制高点。目前,CRISPR/Cas9介导的基因敲除已成功应用于重要农作物如水稻、小麦、玉米等基因功能验证和遗传改良。但是, CRISPR/Cas9介导的等位基因替换效率偏低,成功案例较少,成为该领域的研究热点。


近日,中国农科院作科所夏兰琴团队在aBIOTECH期刊在线发表文章“Precise Gene Replacement in Plants through CRISPR/Cas Genome Editing Technology: Current Status and Future Perspectives。(点击题目或下方图片查看原文)文章概述了CRISPR/Cas系统介导的基因精准替换技术研发及其在植物生物学研究和农作物改良方面取得的最新研究进展和重要突破、潜在修复机制与未来发展前景。


由于农作物品种间差异主要存在于等位基因之间少数几个碱基或小片段插入缺失的差异,通过基因编辑介导的同源重组技术,可快速实现优异等位基因的精准替换,大大缩短育种周期。但由于植物细胞内同源重组(HDR)发生频率低、无法高效将足量的修复模板递送到植物细胞等因素的影响,在植物中实现高效率的基因替换依然是一个巨大的挑战,这在很大程度上阻碍了利用CRISPR/Cas进行农作物改良的进程。


该综述系统总结了CRISPR/Cas系统介导的基因精准替换技术研发、HDR的发生机制及其在植物生物学研究和农作物改良方面取得的最新研究进展和重要突破。同时,结合已有的动植物研究报道,提出可通过多种方法来提高植物中HDR效率:


(1)提高修复模板的供应量,如通过利用双子病毒复制子(GVR)的策略向植物细胞递送足够DRT;利用RNA作为同源重组修复模板策略,在体内通过植物自身的转录系统持续产生RNA修复模板,为同源重组修复提供足够的修复模板;


(2)调节NHEJ或HDR途径相关蛋白的表达;


(3)优化修复模板设计等。

研发高效CRISPR/Cas介导的精准基因替换技术体系,并与常规育种方法相结合,在不影响其他主要农艺性状的前提下,经济高效地改良农作物,对于可持续农业的发展具有重要意义。


编辑人员:马志铭
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