基因诱导表达、诱导敲除不再困难

来源：植物科学最前沿

为了研究细胞过程，对其精确的时空和定量控制对于解析生物信号网络的动态变化以及获得期望表型是十分关键的。诱导型基因表达系统和诱导型基因编辑系统基因表达系统就是分别实现基因时空特异表达或敲除的两种方法。遗传编码的化学诱导系统已被广泛用于原核生物和各种真核生物中的基因表达和其他信号传递事件的靶向操纵。但化学诱导系统也具有多效活性、毒性和有限的时间和空间分辨率的局限性，因此新型诱导系统的开发十分有价值。
光遗传学是用光控制细胞过程的遗传学方法。它提供了对生物信号和代谢过程的时空、定量和可逆的控制。然而，光遗传学在植物研究中是滞后的，因为生长所需的环境光会导致不希望的系统性激活。2020年6月29日，Nature methods 在线发表了德国杜塞尔多夫大学合成生物学研究所Zurbriggen团队题为“Optogenetic control of gene expression in plants in the presence of ambient white light”的论文。该研究开发了一种可用于植物的光开关元件（Plant usable light-switch elements，PULSE）来解决光遗传学工具与植物生长需求兼容性的问题，这是一种在环境光下可逆控制植物基因表达的光遗传学工具。PULSE将蓝光感应抑制调节和红光感应激活调节结合在一起。基因表达只在红光下被激活，在白光或黑暗中则不活跃。作者首先在拟南芥原生质体中对PULSE进行了测试，PULSE实现了对基因表达的定量和时空可逆控制，在白光或暗处处于“关闭”状态时，实现了高表达诱导率（高达约400倍）。进一步，该团队将PULSE与转录因子或CRISPR–Cas9介导的基因激活系统（dCas9–TV）相结合，进一步展示了其对拟南芥的光控制激活作用。PULSE为植物研究和生物技术开辟了广阔的实验途径。

与PULSE系统异曲同工，同日，在Nature plants 上在线发表了芬兰赫尔辛基大学希利夫生物技术研究所题为“An inducible genome editing system for plants”的诱导性基因编辑IGE（Inducible genome editing）系统。基因表达的条件调控是研究基因在生物过程中主要功能的一个重要途径。虽然植物存在条件和细胞类型特异的过表达系统，但目前还没有系统可以完全和有条件地使基因失活。在该研究中，作者通过将成熟的CRISPR–Cas9技术与基于XVE的细胞类型特异性诱导系统结合，在拟南芥中开发了一个开发出一种可以在任何发育阶段通过基因组编辑有效地、有条件地敲除靶基因的工具。靶基因也可以以特定细胞类型的方式被敲除。该工具易于构建，特别适用于研究具有无效等位基因的基因。因此，IGE系统能广泛应用于植物分子生物学。并且通过使用不同的Cas9变体，该系统可以很容易地重新用于基础编辑或转录调控。