马里兰大学戚益平组开发了在杨树中高效的碱基编辑系统

近些年来，基于CRISPR-Cas的基因编辑系统已在林木植物中得到了广泛的应用。然而，过往的研究几乎都聚焦在通过CRISPR-Cas基因编辑系统引入插入或缺失（indel）突变来构建基因敲除突变体。相比较插入或缺失突变，碱基编辑系统（base editing）的发现使得基因编辑更加精准、高效。胞嘧啶碱基编辑器(cytosinebase editors, CBE)和腺嘌呤碱基编辑器(adenine base editors, ABE)可以分别将胞嘧啶（C）转化为胸腺嘧啶 (T)，将腺嘌呤（A）转化为鸟嘌呤 (G)。C-to-T和A-to-G碱基编辑有更广泛的应用，如在外显子上引入提前终止密码子、改变启动子调控原件和氨基酸序列，以及突变RNA剪接位点。因此，碱基编辑系统对林木分子育种、物种改良具有重大的应用前景。

近日，美国马里兰大学戚益平研究团队与Gary Coleman实验室合作，在Plant Biotechnology Journal 杂志在线发表了题为“Highlyefficient C‐to‐T and A‐to‐G base editing in a Populus hybrid”的研究论文。

该研究首先利用两个胞嘧啶碱基编辑器PmCDA1-BE3和 A3A/Y130F-BE3来对杨树 (Populus tremula x P. alba)的两个关键基因4CL1和PII的两个sgRNA靶向位点进行编辑。结果显示，利用A3A/Y130F-BE3对4CL1的两个靶向位点编辑效率分别为50.0%和95.5%，相比高于利用PmCDA1-BE3对相应位点的编辑效率（26.3%和78.9%）。对于PII基因，A3A/Y130F-BE3 和 PmCDA1-BE3在第一个sgRNA靶向位点分别获得了19.0%和0%的编辑效率，而在第二个sgRNA靶向位点编辑效率分别为81.0%和100%。此外，A3A/Y130F-BE3相比于PmCDA1-BE3具有更广的碱基编辑窗口。

其次，该研究还利用两个腺嘌呤碱基编辑系统ABEmax_V1 和ABEmax_V2对4CL1的两个sgRNA位点进行了编辑。研究显示，两个编辑系统对通过AtU3启动子连接的sgRNA6靶向位点的编辑效率分别为84.2%和95.5%，而在通过AtU6启动子连接的sgRNA5靶向位点未发现碱基编辑。ABEmax_V1 和ABEmax_V2有类似的编辑窗口，表现为在A7和A9的编辑效率较高。该研究验证了在杨树中高效的碱基编辑系统，这将为未来林木分子育种和物种改良工作提供重大的应用价值。

美国马里兰大学戚益平教授和Gary Coleman教授为该论文的通讯作者。博士后李根和博士研究生Simon Sretenovic为该论文的共同第一作者。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13581