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農學院李正和教授團隊在Nature Plants發文發展無需轉化的植物基因組編輯新方法

編輯:傅煒琳 來源:農業與生物技術學院辦公網 時間:2020年07月01日 訪問次數:10  源地址

作為一項生命科學領域革命性工具,CRISPR/Cas9基因組編輯技術為植物生物學基礎研究提供了簡單高效的手段,但在作物遺傳改良中應用仍受制于遺傳轉化和植物再生的技術瓶頸。傳統上,CRISPR/Cas9等序列特異性核酸酶和選擇標記基因需要借助農桿菌或基因槍介導的方式導入受體植物細胞,進行選擇性培養和植株再生。病毒載體系統是外源基因體內遞送和瞬時表達的理想工具,在植物組編輯領域,盡管植物病毒表達載體系統也廣受關注,但CRISPR/Cas核酸酶基因較大的分子量(包括轉錄順式元件可達5-6 kb),遠超出了已知的大多數植物病毒載體的承載能力(<1-2 kb),目前尚未有利用侵染性植物病毒載體向植物系統遞送CRISPR/Cas核酸酶的成功報道。

2020年6月29日,Nature Plants在線發表了浙江大學李正和教授研究組題為Highly efficient DNA-free plant genome editing using virally delivered CRISPR-Cas9 的研究論文。該研究首次報道了利用一種工程化的植物負鏈RNA彈狀病毒載體向植物體內系統遞送CRISPR/Cas9核酸內切酶,并高效產生可穩定遺傳的靶向基因編輯。Nature Plants同期配發了題為Editing through infection的評論文章,對該研究進行了詳細的介紹。

該研究將CRISPR/Cas9表達框插入一種負鏈RNA彈狀病毒載體,并利用tRNA加工機器對病毒轉錄的gRNA末端進行精確剪切,構建高效的單靶點、多靶點和染色體缺失病毒編輯載體系統。病毒侵染的植株組織經再生后可獲得高達57%的純和突變體或四等位突變體(煙草為異源四倍體),產生的基因編輯以經典的孟德爾遺傳方式傳遞至后代植株。該研究提供了一種不依賴于遺傳轉化、無需分離特定的受體細胞或組織、通過簡單易行的病毒侵染方法,可在植株個體水平遞送CRISPR/Cas核酸酶進行高效基因組編輯的新方法,為作物DNA-free基因組編輯提供了新的思路。

浙江大學生物技術研究所馬曉楠博士研究生為該論文第一作者,李正和教授為通訊作者,研究生張曉艷和劉慧敏參與部分工作。中國農科院植保所周雪平教授、美國加州大學伯克利分校Andrew Jackson教授和浙江大學作物所舒慶堯教授為研究提供了重要的幫助和建議。該研究得到國家自然科學基金面上項目、浙江省國家自然科學基金重點項目的資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41477-020-0704-5

生物技術研究所供稿




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