南京农大用TALENs和CRISPR实现大豆高效定向诱变

　　大豆（Glycine max（L.）Merrill.）是一种古老的多倍体植物，是具有重要经济价值的豆科作物。大豆为食物生产和动物饲料提供了丰富的蛋白质和油。近年来，各种各样的遗传方法已被用来改善大豆的农业性状。

　　CRISPR是生命进化历史上细菌和病毒进行斗争产生的免疫武器，自2012年以来，研究人员常用这种强大的“基因组编辑”技术，对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加，迅速成为生命科学最热门的技术。近期，这项热门技术也相继被应用于农作物的基因组编辑。例如，2015年五月二十九日在Nature子刊《Scientific Reports》发表的一项研究中，来自西北农林科技大学、中国农科院作物研究所和天津农科院的研究人员，利用CRISPR-Cas9系统，在大豆作物中成功实现了定向诱变。八月十八日，来自中国农业科学院的研究人员，在国际著名学术期刊《PLOS ONE》发表的一项研究中，成功地应用II型CRISPR/Cas9系统，在大豆靶基因中获得并评估了高效的基因组编辑。

　　十一月十九日，在《Journal of Biotechnology》发表的一项研究中，来自南京农业大学的喻德跃教授带领的课题组，利用两种基因组编辑技术――TALENs和CRISPR/Cas9，在大豆中实现了高效的定向诱变，并对TALENs、使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9和使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9三种技术的打靶效率，进行了比较分析，指出GmU6-16g-1是大豆sgRNA表达的一种合适的U6promoter。

　　基因打靶（GT）对于推进基础植物学研究和作物改良，具有重要的意义。TALENs和CRISPR/Cas9系统已被开发用于真核生物的基因组编辑，包括植物。在这项研究中，研究人员对两个大豆基因组编辑靶标――GmPDS11和GmPDS18，进行了这两种技术的比较分析。研究人员发现，对于大豆毛状根中的基因打靶，利用TALENs技术的单个打靶效率范围在17.5%至21.1%，而使用AtU6-26promoter的CRISPR/Cas9效率范围在11.7%到18.1%，使用GmU6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9效率范围在43.4%至48.1%，从而表明，相比较他技术而言，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9，可能是一种更有效的工具。

　　同样的，研究人员对着三种技术进行的双突变GT效率实验显示，TALENs的打靶效率为6.25%，使用atu6-26promoter 的CRISPR/Cas9打靶效率为12.5%，使用gmu6-16g-1promoter的CRISPR/Cas9打靶效率为43.4%至48.1%，从而表明，CRISPR/Cas9仍是同时编辑多个同源等位基因（homoeoallele）的一个更好选择。而且，研究人员在子叶节点中观察到了大豆转化引起的白化和矮芽（PDS基因敲除）。

　　总而言之这些研究结果表明，TALENs和CRISPR/Cas9系统是大豆基因组编辑的一种强大工具。而且，GmU6-16g-1是大豆sgRNA表达的一种合适的U6promoter。