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最新CRISPR 3.0 系统可在植物中进行高效的基因激活
日期:2021-08-31 作者:未知 来源:国科农研院 点击:
     《自然植物》发表的一项研究中,美国马里兰大学(University of Maryland)植物科学副教授 Yiping Qi 在植物中引入了最新、改良的 CRISPR 3.0 系统,关注基因激活而不是传统的基因编辑。第三代的 CRISPR 系统主要关注多重基因激活,这意味着它可以同时对多个基因的功能进行增强。研究人员称,该系统的基因激活能力是当前最先进的 CRISPR 技术的四到六倍,精度和效率明显提高——同一时间多达七个基因。虽然 CRISPR 以其基因编辑能力闻名,能够敲除不需要的基因,但通过激活基因来获得更多的功能对于开发更好的植物和作物至关重要。
  “虽然之前我的实验室已经生产了用于同步基因编辑(多重编辑)的系统,但目前来说基因编辑主要是为了改善作物的功能,”Qi 教授表示。“但细想之下,这种策略是有限的,因为不可能无穷无尽的对基因进行敲除并且仍然能够在这个过程中获得有价值的东西。从逻辑上讲,在设计和培育更好的性状方面,这是一种非常有限的方法。植物可能已经在途径、防御机制和性状上有所进化,而需要的只是一个“助力”。通过基因激活,可以真正增强现有的能力,甚至实现新的功能。比起基因敲除,人们可以利用基因组中已有的功能,并且增强其他需
要的功能。”
  Qi 教授和他的团队在水稻、西红柿和拟南芥植物中验证了 CRISPR 3.0 系统。该团队证明了能够同时激活多种基因,包括加快开花速度来加快育种过程。但Qi 教授表示这只是多重激活的众多优势之一。
  “将多重激活的过程进行简化可以提供更多的突破。例如,我们希望利用这项技术更有效地筛选基因组,寻找有助于应对气候变化和全球饥饿的基因。我们可以使用这个新系统在更大的范围内对基因激活设计、定制和跟踪,筛选出重要的基因,这将非常有助于植物的发现和转化。”
  由于 CRISPR 通常被大家认为是可以切割 DNA 的“分子剪刀”,因此该激活系统使用了仅能进行融合的失活的 CRISPR-Cas9。在没有切割能力的情况下,该系统采取与某些 DNA 片段结合的方式,为所需的特定基因“募集”激活蛋白。Qi教授也测试了 CRISPR-Cas9 的 SpRY 变体——该变体能够极大地扩大激活目标的范围,以及 CRISPR-Cas12b 系统的失活形式,显示了跨 CRISPR 系统的多功能性。
  这显示了对多重激活进行扩展的巨大潜力,它可以改变基因组工程的工作方式。
  “人们经常说一个人的潜力能够通过培养和提升一个人的天赋而启发,”Qi教授说。“这项技术其实是对植物做同样的事情——如何提升它们的潜力,帮助植物利用其自然的能力做更多的事情?这就是多重基因激活能够达到的,它为我们提供了许多作物育种和改良的新机会。
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