深圳子科生物報(bào)道：自2012年CRISPR/Cas基因組編輯技術(shù)被發(fā)明以來，已被廣泛應(yīng)用于動物、植物和微生物等諸多物種的基因組編輯?；蚪M編輯首先在基因組靶向位置產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂（DSB），這些產(chǎn)生的DSB可通過非同源末端連接（NHEJ）或者HDR途徑進(jìn)行修復(fù)。

NHEJ最常用于移碼突變破壞基因功能，而HDR主要被用于對靶標(biāo)序列的精準(zhǔn)替換或定點(diǎn)插入。在多數(shù)物種中，NHEJ是DSB最主要的修復(fù)途徑，而通過HDR途徑進(jìn)行精準(zhǔn)修復(fù)的概率特別低。HDR修復(fù)途徑需要額外提供同源重組的供體作為修復(fù)的模板，在動物中可以較容易地將CRISPR/Cas系統(tǒng)及同源重組供體遞送入細(xì)胞中，而在植物中，主要通過農(nóng)桿菌侵染或基因槍轟擊愈傷的方式來進(jìn)行CRISPR/Cas系統(tǒng)以及DNA供體的遞送。

雖然利用基因槍轉(zhuǎn)化或者雙生病毒系統(tǒng)可以提高DNA模板數(shù)量進(jìn)而提高HDR的發(fā)生概率，但是實(shí)現(xiàn)高效率的植物同源重組依然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因此限制了基因組編輯的拓展應(yīng)用。

來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員合作，發(fā)表了題為“Precise gene replacement in rice by RNA transcript-templated homologous recombination”的文章，使用RNA作為同源重組修復(fù)（HDR）的模板，并分別利用核酶自切割和具有RNA/DNA雙重切割能力的CRISPR/Cpf1基因編輯系統(tǒng)，成功獲得后代無轉(zhuǎn)基因成分的抗ALS抑制劑類除草劑水稻植株。

這項(xiàng)研究公布在3月19日的Nature Biotechnology雜志上，是在植物中首次成功利用RNA作為同源重組修復(fù)模板，開辟了利用植物RNA作為同源供體模板進(jìn)行同源修復(fù)的新思路，是植物基因組編輯領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

研究人員首先利用分子生物學(xué)手段并對重組事件進(jìn)行評估，證實(shí)了將RNA作為同源重組修復(fù)模板，參與CRISPR/Cpf1介導(dǎo)的DNA同源重組修復(fù)的可行性。與通常使用的DNA模板不同，RNA模板可以在體內(nèi)通過植物自身的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)持續(xù)產(chǎn)生，為同源重組修復(fù)提供更多的模板。

同時(shí)，選擇具有RNA/DNA雙重切割能力的CRISPR/Cpf1基因編輯系統(tǒng)，在細(xì)胞核內(nèi)同時(shí)加工產(chǎn)生用于靶向目標(biāo)序列的crRNA及一起轉(zhuǎn)錄的模板RNA，既產(chǎn)生了DSB又提供了同源重組修復(fù)的RNA模板，成功獲得OsALS兩個(gè)氨基酸定點(diǎn)替換成功的抗嘧啶羧酸類除草劑水稻植株，且在子代分離得到了定點(diǎn)替換成功且無外源轉(zhuǎn)基因成分的植株。該項(xiàng)成果首次證明，除了通常使用的DNA模板，RNA同樣可作為植物同源重組修復(fù)的模板。

在此研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化該策略的效率，有望解決目前植物同源重組頻率低下的難題，加速通過基因編輯技術(shù)，精準(zhǔn)改良農(nóng)作物重要農(nóng)藝性狀，進(jìn)而定向創(chuàng)制農(nóng)作物新種質(zhì)的育種進(jìn)程。

原文標(biāo)題：

Precise gene replacement in rice by RNA transcript-templated homologous recombination