利用基因編輯技術精确删除基因組特定DNA序列對植物基因功能研究和農作物育種非常重要。目前該技術僅在動物或人細胞中有少量報道。在植物中，雖然引導編輯技術（Prime editing，PE）在水稻原生質體也能實作，但是編輯效率極低，且未能穩定遺傳。
近日，北京市農林科學院玉米研究所任雯/楊進孝/趙久然團隊在aBIOTECH發表了題為“Efficient and precise genomic deletion in rice using enhanced prime editing”的研究論文，該研究對植物PE工具進行了優化，利用穩定轉化系統，在水稻中實作了精準、高效的基因組片段删除。
為實作目的基因組片段的精确删除，本研究嘗試了PE3、PDel和PDel/Syn等三種技術政策：首先，研究人員基于前期單子葉基因編輯的工作基礎，将逆轉錄酶（M-MLV）融合在Cas9蛋白N端，并在3'末端引入結構化RNA基序的工程化pegRNA（epegRNA），建構了PE3系統，在六個測試位點上實作了25-60 bp的精确删除。在此基礎上，設計了PDel政策，該政策包含了目标删除片段正反DNA鍊的pegRNAs。PDel政策将上述六個測試位點的平均編輯效率顯著提高至55.8%，且InDel下降至12.2%，純合編輯事件也有所增加。
為實作更長片段的精确删除，本研究進一步設計了PDel政策，結果表明，PDel政策能夠實作50-2000 bp長度的精确缺失。盡管PDel政策可以實作水稻基因組高效且精确的删除編輯，但由于pegRNA對中PAM位置的限制，某些區域仍無法被精确編輯。例如當RT模闆包含與目标區域同源的序列，與非同源序列相比，目的片段被精确編輯的效率會顯著降低。是以，本研究又設計了PDel/Syn政策，在RT模闆中引入多個同義堿基突變，實作了在更廣範圍内的精确删除事件，并提高了純合突變的比例。
圖1 PE3, PDel和PDel/Syn政策在水稻中實作基因組精确删除
總體而言，本研究通過PDel和PDel/Syn政策在水稻中實作了精确的基因片段删除，為功能基因研究和基因編輯育種提供了新工具，有助于啟動子順式元件或蛋白質功能域的精細研究，為促進基因編輯技術在農業生産中的廣泛應用和植物基因功能的深入研究提供了更多選擇。
北京市農林科學院玉米所博士後劉夢媛，張翔博士和徐雯為文章共同第一作者，任雯副研究員，楊進孝和趙久然研究員為通訊作者。北京市農林科學院玉米所劉亞研究員，劉新香研究員和科研助理康桂婷，指導或參與了相關研究工作。該研究得到了北京學者、北京市農林科學院創新能力建設專項、北京市農林科學院博士後基金等項目的資助。
引用本文：Liu, M., Zhang, X., Xu, W. et al. Efficient and precise genomic deletion in rice using enhanced prime editing. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00153-9
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