研究人员开发了用于精确插入大型DNA的新工具

中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞课题组开发出一种新的基因组编辑技术，可实现植物DNA大片段高效、精准的靶向插入。

这项新技术被称为主要编辑介导的适时目标重组(PrimeRoot)，它结合了该小组先前发布的优化的双 ePPE 编辑蛋白和高效的酪氨酸位点特异性重组酶 Cre。它可以实现水稻和玉米大DNA片段的一步式、精准靶向插入，插入效率高达6%，并已成功用于插入长达11.1 kb的DNA片段。

结果于 4 月 24 日发表在Nature Biotechnology上。

基因组编辑是一种颠覆性的生物技术，对整个生命科学具有广泛的影响。自第一次突破性的 CRISPR-Cas9 研究以来的十年里，该领域已经从随机、零星的编辑发展到精确的编辑技术。虽然碱基编辑和 prime 编辑可以有效地进行小的 DNA 更改，但它们无法编辑大量的货物。随着基因组编辑领域的进步，人们越来越需要将高效、有针对性的大 DNA 插入到活细胞的基因组中。

与传统的、非精确的非同源末端连接策略相比，PrimeRoot 显着提高了插入 5 kb 及以上长 DNA 片段的效率。重要的是，插入事件是完全精确和可预测的。

在这项研究中，研究人员展示了 PrimeRoot 编辑的两个具体应用。PrimeRoot 用于在内源性OsHPPD基因上游插入一个肌动蛋白启动子 (1.4 kb)。引入外源功能元件是调控内源基因表达的重要遗传育种途径。

然后使用 PrimeRoot 在植物中进行靶向基因插入。基于农杆菌介导和粒子轰击的传统方法会导致随机和不精确的插入事件。

研究人员利用 PrimeRoot 将稻瘟病抗性基因pigmR准确插入预测的基因组安全港，实现快速抗病育种。

为了提高 PrimeRoot 的效率，研究人员在水稻中建立了顺序转化系统。与单次一次性转化相比，该系统进一步提高了编辑效率两到四倍，从而实现了插入肌动蛋白启动子 (1.4 kb) 的效率高达 8.3% 和插入整个 pigmR 基因表达框架的效率高达6.3 % (4.9 KB)。

该技术为植物分子育种和植物合成生物学研究提供了强有力的技术支持。

该研究得到了国家重点研发计划和中国科学院战略先导计划等的支持。