利用PLSM定向进化可为水稻育种提供遗传新种质

　　遗传变异是作物育种基础。尽管近年来功能基因组研究为作物分子育种提供了大量主效改良位点/基因；但由于传统诱变靶向性不足、突变随机性较大等技术问题，在多数情况下，挖掘和鉴定主效基因最适等位型仍较为困难。如何在体内实现重要基因关键位点的饱和氨基酸突变是该类研究的难点问题。

　　2021年6月10日，安徽省农业科学院水稻研究所魏鹏程团队在Nature Plants发表了题为Indentification of herbicide resistance OsACC1 mutations via in planta prime-editing-library screening in rice的研究论文。该研究利用引导编辑工具升级了饱和突变方法，为关键位点功能挖掘和重要基因充分进化提供了新的技术思路。

　　该研究利用水稻芳氧苯氧丙酸（APP）类除草剂靶基因OsACC1（乙酰辅酶A羧化酶）为对象，在6个已报道和共线性分析推测的潜在抗性位点上开展方法学研究。通过课题组前期建立的植物Prime editors（引导编辑，PEs）系统，在RT template中针对单个目标氨基酸编码子引入所有可能的64种NNN碱基组合，从而建立了prime editing library-mediated saturation mutagenesis（PLSM）文库饱和替换方法。

　　经对文库质量的评估后，在除草剂筛选下，在水稻中开展了PLSM介导的OsACC1定向进化研究。共发现16种不同类型的氨基酸替换突变可能与除草剂抗性获得密切相关。其中部分位点，如I1879S, P1927Y和 W2097G位点，为植物中首次鉴定。因此，该研究成功证明利用PLSM定向进化可为水稻育种提供遗传新种质。

　　研究者认为，将来在采用高效的prime editor工具后，所需文库pegRNA数量将显著缩小，而PLSM的进化潜力可进一步得到释放。利用单碱基编辑文库和PLSM的优势互补，将为基于作物重要基因原位饱和突变的定向进化研究提供更加高效、可靠、便捷的手段，也将成为充分发挥作物育种潜力的重要路径。