Nature Plants|新型CRISPR 3.0系统|美国马里兰大学Yiping Qi研究人员介绍了植物中高效基因激活系统

在《自然植物》杂志的一项研究中，马里兰大学学院市分校植物科学副教授齐介绍了一种新的、改进的植物 CRISPR 3.0系统，该系统专注于基因激活而不是传统的基因编辑。

In a study in Nature Plants, Yiping Qi, associate professor of Plant Science at the University of Maryland (UMD), introduces a new and improved CRISPR 3.0 system in plants, focusing on gene activation instead of traditional gene editing.

这第三代 CRISPR 系统集中于多基因激活，这意味着它可以同时促进多个基因的功能。据研究人员介绍，该系统的激活能力是目前最先进的 CRISPR 技术的四到六倍，证明了同时激活多达七个基因的高精度和高效率。尽管 CRISPR 通常以其基因编辑能力而闻名，这种能力可以淘汰不受欢迎的基因，但激活基因以获得功能性对于创造更好的未来植物和作物是必不可少的。

“虽然我的实验室之前已经开发出了基因同步编辑(多重编辑)系统，但编辑主要是为了产生功能的丧失，以改善作物,”齐解释说。“但是如果你仔细想想，这种策略是有限的，因为没有无穷无尽的基因，你可以关闭它，实际上仍然可以获得有价值的东西。从逻辑上讲，这是一个非常有限的方式来工程和培育更好的性状，而植物可能已经进化到有不同的途径，防御机制，和性状，只需要一个推动。通过激活，你可以真正提升路径或增强现有的能力，甚至实现一个新颖的功能。你可以利用基因组中已有的功能，增强你所知道的有用功能，而不是关闭这些功能。”

在他的新论文中，齐和他的团队验证了 CRISPR 3.0系统在水稻、西红柿和拟南芥(最受欢迎的模式植物物种，通常被称为中的应用。研究小组表明，同时激活多种基因是可能的，包括快速开花以加速繁殖过程。但这只是复合激活的众多优点之一，齐说。

“拥有一个更加精简的多路激活过程可以提供重大突破。例如，我们期待着利用这项技术更有效和高效地筛选基因组，以寻找有助于对抗气候变化和全球饥饿的基因。我们可以利用这个新系统在更大范围内设计、定制和跟踪基因激活，以筛选重要基因，这将为植物的发现和转化科学提供极大的便利。”

由于 CRISPR 通常被认为是可以剪切 DNA 的“分子剪刀”，这种激活系统使用只能结合的失活的 CRISPR-cas9。由于没有切割能力，该系统可以通过绑定到特定的 DNA 片段来专注于为特定的感兴趣的基因招募激活蛋白。齐还测试了他的 CRISPR-Cas9的 SpRY 变体，大大扩展了激活目标的范围，以及他最近的 CRISPR-Cas12b 系统的失活形式，以显示 CRISPR 系统的多功能性。这表明了复合激活扩大的巨大潜力，这可以改变基因组工程的工作方式。

“人们总是说，如果你能培养和提升他们的天赋，那么他们就有潜力,”齐说。“这项技术让我感到兴奋，因为我们正在植物中推广同样的东西ーー你怎样才能促进它们的潜力，帮助植物利用自身的天然能力做更多的事情？这就是多元基因激活所能做的，它给我们提供了许多新的作物育种和增强的机会。”

More information: Changtian Pan et al, CRISPR–Act3.0 for highly efficient multiplexed gene activation in plants, Nature Plants (2021). DOI: 10.1038/s41477-021-00953-7

Journal information: Nature Plants

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