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晋鹏

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[交流] [优秀文章推荐] 中国科学院发表植物基因组编辑研究综述已有1人参与

DNA-free genome editing with CRISPR–Cas9 RNAs and RNP in plants

序列特异性核酸酶使得基因组编辑成为可能，快速推动了基础和应用生物学的发展。CRISPR-Cas9系统自出现以来，作为可转化植物的基因组编辑工具已得到广泛应用。CRISPR-Cas9对基因组靶位点进行定向切割，造成DNA双链断裂。DNA双链断裂主要通过两种高度保守的机制进行修复，即非同源末端连接(Non-homologous end joining, NHEJ)和同源重组(Homologous recombination, HR)。通过NHEJ方式，断裂的DNA会重新连接，但往往是不精确的，断裂位置会产生少量核苷酸的插入或删除，通常产生基因敲除突变体；与之相反，HR方式以同源序列为模板进行合成修复，可以产生精确的定点替换或插入突变，精准编辑靶基因。通过基因组定向突变进行基因功能鉴定和性状改良在植物中已得到广泛应用。然而，在植物中进行精准基因组编辑的需求极其迫切，尤其是对于那些难以转化的物种。目前，新开发出来的Cas9变体、新型RNA导向的核酸酶、碱基编辑系统和无DNA的CRISPR-Cas9递送方法都为植物基因组工程提供了前所未有的机遇。近日，中国科学院微生物研究所邱金龙研究组最近发表文章综述了植物基因组编辑的现状，重点关注由于植物基因组编辑的自身特点（如图）所带来的特殊挑战和机遇，并介绍了新近发展出的基因组编辑工具、方法及其在植物中潜在的应用。文章最后还展望了植物基因组编辑的前景和未来方向。

利用 CRISPR-Cas9 进行植物基因组编辑的基本工作流程

基因组编辑(Genome Editing)是对生物基因组进行靶向修饰的一项新技术。该技术通过利用人工构建的序列特异核酸酶(SSNs)在基因组靶位点制造DNA双链断裂切口进而诱导细胞内源性DNA修复机制，通过非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)实现基因敲除、替换和插入等操作。

The emergence of sequence-specific nucleases that enable genome editing is revolutionizing basic and applied biology. Since the introduction of CRISPR–Cas9, genome editing has become widely used in transformable plants for characterizing gene function and improving traits, mainly by inducing mutations through non-homologous end joining of double-stranded breaks generated by CRISPR–Cas9. However, it would be highly desirable to perform precision gene editing in plants, especially in transformation-recalcitrant species. Recently developed Cas9 variants, novel RNA-guided nucleases and base-editing systems, and DNA-free CRISPR–Cas9 delivery methods now provide great opportunities for plant genome engineering. In this Review Article, we describe the current status of plant genome editing, focusing on newly developed genome editing tools and methods and their potential applications in plants. We also discuss the specific challenges facing plant genome editing, and future prospects.

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