中科院利用CRISPR及TALEN技术获基因组编辑新突破

　　来自中科院遗传与发育生物学研究所、中科院微生物研究所的研究人员利用TALEN和CRISPR-Cas9技术，在六倍体面包小麦中成功实现了同时编辑3个同源等位基因（homoeoallele） ，并由此赋予了小麦对白粉菌（powdery mildew）的遗传性抵抗力。这一突破性的成果发表在7月20日的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上。

　　中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞（Caixia Gao）研究员与中科院微生物研究所的邱金龙(Jin-Long Qiu)研究员是这篇论文的共同通讯作者。

　　小麦白粉病是由小麦白粉菌引起的一种气传病害，是威胁我国小麦生产的重要常见病害之一。通常以闭囊壳越大，以菌丝体在冬麦苗上越冬。近年来，由于品种、栽培制度、肥水、气候条件的影响，白粉病大量发生，导致小麦叶片早枯、成穗率减少、千粒重下降，严重影响了小麦的品质与产量。培育抗病品种是防治小麦白粉病的一项既安全又经济有效的措施，而抗病育种的基因是多样化的抗源。深入地挖掘抗病基因以及研究它们的抗性表现及遗传特点，将有助于对这些抗源进行有效利用。

　　最近几年位点特异性核酸酶的出现和应用，大大提高了同源重组的效率，使基因组编辑变得更加高效，从而使得对包括植物在内的任何物种进行基因组精确编辑成为可能。锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）和CRISPR/Cas是基因组编辑的三大核心技术。

　　TALEN是二聚的转录因子/核酸酶，由33至35个氨基酸模块构成，其中每个靶定单个核苷酸。通过组装这些模块，研究人员可靶定他们想要的任何序列。CRISPR／Cas系统广泛存在于细菌及古生菌中，是机体长期进化形成的RNA指导的降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。针对II型 CRISPR／Cas系统进行改造，使其成为了继ZFNs和TALENs以来的高效定点修饰新技术。相比于ZFNs和TALENs，CRISPR／Cas 系统更简单，并且更容易操作。

　　在这篇文章中，研究人员利用TALEN和CRISPR)/Cas9技术，在六倍体面包小麦的三个编码MLO蛋白的同源等位基因中成功地导入了靶向突变。由于遗传冗余以往科学家们无法评估三个MLO等位基因发生突变是否有可能赋予了面包小麦对白粉菌的抵抗力。在这里，研究人员证实TALEN诱导的所有 3个TaMLO同源基因突变赋予了对白粉菌可遗传的广谱抵抗力。随后，他们又利用CRISPR-Cas9技术生成了携带TaMLO-A1等位基因突变的转基因小麦。研究人员还证实了，在面包小麦中通过TALENs引导DNA断裂双链非同源末端连接来操控靶向性DNA插入的可行性。这项新研究为未来改良多倍体作物提供了理论基础和方法框架。