利用基因编辑技术精确删除基因组特定DNA序列对植物基因功能研究和农作物育种非常重要。目前该技术仅在动物或人细胞中有少量报道。在植物中，虽然引导编辑技术（Prime editing，PE）在水稻原生质体也能实现，但是编辑效率极低，且未能稳定遗传。
近日，北京市农林科学院玉米研究所任雯/杨进孝/赵久然团队在aBIOTECH发表了题为“Efficient and precise genomic deletion in rice using enhanced prime editing”的研究论文，该研究对植物PE工具进行了优化，利用稳定转化系统，在水稻中实现了精准、高效的基因组片段删除。
为实现目的基因组片段的精确删除，本研究尝试了PE3、PDel和PDel/Syn等三种技术策略：首先，研究人员基于前期单子叶基因编辑的工作基础，将逆转录酶（M-MLV）融合在Cas9蛋白N端，并在3'末端引入结构化RNA基序的工程化pegRNA（epegRNA），构建了PE3系统，在六个测试位点上实现了25-60 bp的精确删除。在此基础上，设计了PDel策略，该策略包含了目标删除片段正反DNA链的pegRNAs。PDel策略将上述六个测试位点的平均编辑效率显著提高至55.8%，且InDel下降至12.2%，纯合编辑事件也有所增加。
为实现更长片段的精确删除，本研究进一步设计了PDel策略，结果表明，PDel策略能够实现50-2000 bp长度的精确缺失。尽管PDel策略可以实现水稻基因组高效且精确的删除编辑，但由于pegRNA对中PAM位置的限制，某些区域仍无法被精确编辑。例如当RT模板包含与目标区域同源的序列，与非同源序列相比，目的片段被精确编辑的效率会显著降低。因此，本研究又设计了PDel/Syn策略，在RT模板中引入多个同义碱基突变，实现了在更广范围内的精确删除事件，并提高了纯合突变的比例。
图1 PE3, PDel和PDel/Syn策略在水稻中实现基因组精确删除
总体而言，本研究通过PDel和PDel/Syn策略在水稻中实现了精确的基因片段删除，为功能基因研究和基因编辑育种提供了新工具，有助于启动子顺式元件或蛋白质功能域的精细研究，为促进基因编辑技术在农业生产中的广泛应用和植物基因功能的深入研究提供了更多选择。
北京市农林科学院玉米所博士后刘梦媛，张翔博士和徐雯为文章共同第一作者，任雯副研究员，杨进孝和赵久然研究员为通讯作者。北京市农林科学院玉米所刘亚研究员，刘新香研究员和科研助理康桂婷，指导或参与了相关研究工作。该研究得到了北京学者、北京市农林科学院创新能力建设专项、北京市农林科学院博士后基金等项目的资助。
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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