加速植物育種以應對多變的種植條件，對于精确和高效的基因組編輯有很高的需求。Prime editing(PE)是一種基于CRISPR–Cas系統允許在體内組裝多種類型的精确DNA改變，低脫靶率低的一種基因編輯方法。PE系統已成功地應用于單子葉植物，然而在整個植株水準上，雙子葉的PE表現非常低，實際上并不成功。人們對該技術不斷改進，例如：PE2max的配置、“翻轉和延伸”引物編輯引導RNA(pegRNA)的保護、RNase H截斷的逆轉錄酶(RT)變體、核衣殼(NC) RNA伴侶輔助、最佳熔化溫度範圍内的引物結合位點設計、利用成對pegRNA和複合啟動子驅動pegRNA的轉錄等等。盡管取得了這些進展，但由于引物結合位點和間隔序列的自身互補、RT模闆 (RTT)的複雜性、PE蛋白的穩定性、各種不利的PE反應條件和pegRNA穩定性等因素可能導緻的低效率問題，PE系統在植物，特别是番茄中的應用一直具有挑戰性。
近日南韓慶尚大學植物分子生物學與生物技術研究中心應用生命科學部Tien Van Vu等在Nature Plants上發表了一篇題為“Optimized dicot prime editing enables heritable desired edits in tomato and Arabidopsis”的研究性論文。研究人員結合PE複合體負載和PE反應的有利條件，采用改變的工程pegRNA (epegRNA)變體、PE蛋白組分的新組合、U6複合啟動子過量生産pegRNA，雙生病毒複制子來擴增PE系統和熱處理等多種技術手段成功地克服了雙子葉植物中PE系統應用的障礙，改進的PE系統提高了番茄和拟南芥的編輯和遺傳繼承性。該研究填補了PE在植物中的應用空白。
研究發現PE蛋白組分的新組合增強了期望，PE工具對番茄的多個基因座均有較強的檢測效果，熱處理顯著提高了PE活性、PE工具對番茄的多個基因座均有較強的檢測效果，而且增強的PE工具并沒有增加脫靶活動，配對的pegRNAs保證了番茄最高的PE效，RNA伴侶進一步提高了PE性能，采用多種方法優化形成新的PE工具，比期望編輯效率提高了600多倍。
該研究還證明，理想的PE編輯應該是穩定遺傳的，并在除草劑耐受性方面表現出很強的表型。該項研究對雙科植物的PE工具進行了重大改進，提高了編輯效率和準确性，獲得了無轉基因植物和穩定的遺傳編輯類型。這些進步對植物基因編輯的未來充滿希望，可能實作更精确和有效的修改，即使在傳統編輯工具不太有效的物種中也是如此。此外，還需要進一步的研究來驗證這些工具在其他植物物種(包括單子葉植物) 中的有效性，并研究它們在各種農業和園藝環境中的适用性。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01786-w
植物科學最前沿，專注于植物科學前沿進展、資訊、招聘資訊的釋出及方法軟體共享等。投稿及招聘請背景回複“投稿”，均為無償；商務合作請聯系微信ID：zwkxqy ；