中國農業(yè)科學院作物科學研究所農作物轉基因技術與應用創(chuàng)新團隊與華中農業(yè)大學‘千人計劃’引進人才、長江學者、美國加州大學圣地亞哥分校趙云德教授實驗室合作，利用改造后CRISPR/Cas9系統(tǒng)，成功在水稻中實現(xiàn)靶標基因高效單堿基定點替換。相關研究成果于2016年12月9日在線發(fā)表在Cell子刊《Molecular Plant》（分子植物）雜志上。
　　
　　對重要農作物基因組進行定點修飾，包括關鍵基因的定點敲除、替換以及外源基因的定點整合等，將有助于重要農藝性狀的功能基因鑒定、復雜農藝性狀的調控網(wǎng)絡的解析和新種質創(chuàng)制，對推動農作物遺傳改良進程具有重要意義。CRISPR/Cas9系統(tǒng)是繼ZFNs和TALENs技術之后出現(xiàn)的基因組定點編輯新技術，因其試驗設計簡單、靶點在農作物基因組中分布頻率高、可同時對同一基因的不同位點或多個基因的位點進行定向編輯等優(yōu)勢，已成為應用前景最廣泛的基因組編輯技術。目前，利用CRISPR/Cas9介導的基因組編輯技術進行基因敲除，已經在水稻等農作物中得到廣泛應用。但是，由于植物中同源重組頻率特別低，利用CRISPR/Cas9介導的同源重組，在農作物中實現(xiàn)基因定點替換或定點整合卻少有報道。

　　該研究團隊通過利用胞嘧啶脫氨酶、Cas9（D10A）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑 (UGI)的融合基因（BE3），構建植物表達載體，以水稻OsPDS和OsSBEIIb為靶標基因進行單個堿基定點替換研究。結果表明，在所選的3個靶點中，均獲得預期定點突變植株，即在靶點序列的4-8位置有C突變成T（或G突變成A），效率最高可達20%左右。該系統(tǒng)在植物中的首次成功利用，表明其可作為一種可行、有效的單個堿基定點替換方法用于農作物遺傳改良。這是繼該團隊在Molecular Plant(2016, 9: 628–631)報道利用CRISPR/Cas9介導的基因組定點重組體系，將ALS基因兩個氨基酸位點定點替換，獲得大量抗磺酰脲類除草劑水稻后，發(fā)表的又一重要研究進展。重要農作物CRISPR/Cas9介導的基因組定點修飾體系的建立，可望大大加快農作物育種進程，具有重要理論價值和應用前景。
　　
　　作科所碩士研究生李晶瑩和博士研究生孫永偉為本文共同第一作者，夏蘭琴研究員和趙云德教授為本文的共同通訊作者。本研究得到重點研發(fā)計劃、轉基因專項項目和中國農科院創(chuàng)新工程項目資助。