我科学家用CRISPR实现杨树定向诱变

　　最近，RNA引导的CRISPR/Cas基因组编辑，已被用于多种草本植物的基因组编辑。然而，该系统是否可用于木本植物的 基因组编辑，仍然还是非常罕见的。今年六月份，美国乔治亚大学（UGA）的研究人员首次利用CRISPR/Cas基因编辑工具，修改杨属植物的基因组。他 们的研究结果发表在植物学国际知名期刊《New Phytologist》，为更快速和更可靠的植物基因编辑，打开了大门。

　　七月二十日，来自西南大学、中科院西北高原生物研究所的科学家，在Nature子刊《Scientific Reports》发表的一项研究中，通过CRISPR/Cas系统实现林木植物毛白杨（Populus tomentosa Carr.）的基因组编辑和靶基因突变。

　　本文通讯作者为西南大学生命科学学院教授、博士生导师罗克明，其1999年毕业于西南师范大学生物系，1999年9月至2004年7月，为西南农业 大学与美国康涅狄格大学联合培养博士，2001年12月至2003年10月，美国康涅狄格大学访问学者，2005年2月至2007年2月，西南大学生物技 术中心副研究员，2007年3月至2008年5月，在美国密歇根理工大学从事博士后研究，2008年7月至今，西南大学生命科学学院教授。教育部“新世纪 优秀人才计划”获得者，中科院“百人计划”入选者。主要研究方向：三峡库区特色资源植物功能基因研究及基因工程；转基因植物生物安全性评估、检测和控制技 术的研究，曾在Molecular Biology、Plant Cell Reports、PLoS ONE、J. Exp. Bot.等学术期刊发表论文多篇。

　　作为一个最广泛种植的速生树种，杨树具有巨大的经济价值和生态价值。自从2006年毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组序列发布以来，现在有广泛的基因组资源可用于这个树种的功能基因组学研究，它已被用作森林遗传学和木本植物研究的一个模 型。因此，了解杨树基因功能和转录调控的分子机制，对于树木遗传工程和可持续的森林管理，是至关重要的。然而，相比较拟南芥、水稻和其他的一年生模式植 物，木本植物由于营养生长期较长、遗传转化效率低和突变体数量有限，更难进行功能基因组学研究。尽管一些有前途的方法，可以产生杨树的基因敲除突变体，但是到目前为止，仍然缺乏大规模的基因突变体资源。

　　在这项研究中，研究人员利用CRISPR/Cas9系统，在毛白杨中实现了基因组编辑和靶基因突变。研究人员设计了四个引导RNA（gRNA），来靶定毛白杨八氢番茄红素脱氢酶基因8 (PtoPDS) 的不同基因组位点。在农杆菌介导的转化之后，研究人员在转基因杨树中观察到了明显的白化表型。通过分析RNA引导的基因组编辑事件，59个PCR克隆中有 30个是纯合子突变体，有2个是杂合子突变体，这些目标位点的突变效率估计是51.7%。这些数据表明，我们可以利用Cas9/sgRNA系统，在木本植物中精确地编辑基因组序列，并有效地建立基因敲除突变体。