Nature Plant | 实现可遗传的多重基因编辑

来源：植物科学最前沿

利用序列特异性核酸酶进行基因编辑为推进植物基础研究和应用研究提供了良好的基础。然而，几乎所有通过基因编辑产生的可遗传突变都依赖于组织培养，这有许多缺点：它适用于有限的物种和基因型，需要相当长的时间，并且可能导致基因组和表观基因组的意外变化。为了避免组织培养，人们试图通过将转基因传递给分生组织或卵细胞来实现转化；然而，只有拟南芥及其近亲才能成功地实现转化。显然，需要新的、替代的方法来提供基因编辑试剂，以更有效地创建经过编辑的植物。

核糖核酸病毒作为植物基因修饰的载体，在很大程度上尚未被发现，其例外是用于病毒诱导基因沉默（VIGS），其中由病毒载体表达的宿主基因片段触发宿主植物中基因的沉默。作为载体，RNA病毒由于其有限的载量（通常小于1kb）而受到限制，从而无法从化脓链球菌（4.1kb）中运送Cas9等基因编辑试剂。然而，有几个研究小组利用RNA病毒将sgRNAs传递给表达Cas9的转基因植物。这种方法通常导致体细胞基因编辑的频率较低，突变后代的恢复几率也很低。
近日，Nature Plant 杂志在线发表了美国明尼苏达大学题为“Multiplexed heritable gene editing using RNA viruses and mobile single guide RNAs ”的一篇文章，该论文开发了一种植物内基因编辑方法，在Cas9转基因植物中侵染一种表达单一导向RNA（sgRNAs）的RNA病毒。随着细胞间序列迁移sgRNAs也随之增加。突变植株的后代子代在下一代中以65%到100%的频率恢复；感染了表达3个sgRNA的病毒的植物的子代中，有30%的后代在所有3个靶位点上都有突变。

图：利用RNA病毒和移动sgRNAs进行可遗传基因编辑

作者报告了一种使用RNA病毒载体实现具有高效，多重利用和可遗传的基因编辑的方法。该方法减少了当前组织培养进行基因编辑时的瓶颈。只需要含有Cas9蛋白的转基因植物，就可以重复使用该植物来创建几乎无限的遗传多样性。此外，该方法可用于通过侵染表达其他基因编辑（例如碱基编辑器）的转基因植物来创建精确的DNA序列变化。

由于TRV被广泛用作作物和模型植物基因功能研究的VIGS载体，因此表达移动sgRNA的TRV载体很可能可以用于在多种植物物种中进行可遗传的基因编辑，从而有助于实现更优化的植物基因编辑技术，促进基础和应用植物研究。