aBIOTECH：基因组编辑与染色体重排

来源：植物科学最前沿

撰文：刘关稳，邱金龙（中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室）

染色体重排是指断裂的染色体在重接过程中发生异常连接，导致染色体结构变异的现象。通常把染色体重排分为重复、缺失、倒位和易位四种类型。染色体重排会造成染色体上大片段的改变。尽管其形成机制多样，染色体重排这一现象在不同生物体中都有发生并且能够促进生物进化和物种形成。

近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院植物研究所Holger Puchta教授在aBIOTECH 在线发表综述文章，概述了在自然条件下染色体重排发生的机制并且总结了基因组编辑在动植物中创制染色体重排的研究进展。同时，作者展望了基因组编辑人工创制染色体重排在疾病治疗及植物育种中的应用前景。

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From gene editing to genome engineering: restructuring plant chromosomes via CRISPR/Cas

通过人为在染色体上引入多个DNA双链断裂(DSB)可以诱导特定位点染色体重排。如果两个DSB在同一条染色体上，染色体内重排可能会发生，造成两个DSB之间的序列缺失(Deletion)或倒位(Inversion)；如果两个或更多的DSB在不同染色体上可能造成染色体间重组。CRISPR/Cas系统可在基因组靶向位点产生双链断裂(Double-strand breaks, DSBs)，通过NHEJ(Non-homologous end joining)途径进行修复从而产生基因敲除突变体。利用CRISPR/Cas系统在基因组上通过同时引入多个DNA双链断裂可以诱导染色体内倒位(Intrachromosomal inversions)和染色体间重组(Interchromosomal recombination)，实现精准的染色体重排或修正。

目前，基于CRISPR/Cas系统针对单个或多个基因的基因编辑已经变成常规操作。然而，通过同时引入多个DSB以获得基因组更加复杂变化的染色体重排的研究才刚刚开始。利用CRISPR/Cas系统在同一条染色体上引入两个断裂点在动物中已成功的创制了不同类型的染色体重排，并能够稳定遗传给下一代。在植物中，基因组编辑创制染色体重排主要集中在染色体缺失。最近，利用卵母细胞特异性启动子驱动Cas9表达，在拟南芥中创制了18 kb的染色体倒位。

通过定向染色体重排可以使植物学家按照自己的意愿建立或断开基因连锁，有利于选育优良性状的品种。同时，利用基因组编辑修正染色体重排能够解除不同品种之间的生殖隔离，有利于优良性状在不同品种间传递。通过定点改造染色体结构从物种库中获得新的等位基因组合，这显然是传统育种方法无法做到的。因此，进一步开发和完善基于CRISPR/Cas系统的染色体重排技术具有重要意义。

Cite this article as:

Schmidt, C., Schindele, P. & Puchta, H. aBIOTECH (2019). https://doi.org/10.1007/s42994-019-00002-0

关于aBIOTECH

aBIOTECH 于2018年创刊，主编是美国加州大学圣地亚哥分校赵云德教授，目前在国际出版平台Springer在线出版。aBIOTECH 定位于国际高影响力学术期刊，报道内容聚焦植物生物技术相关领域的最新研究成果。

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