竞争激烈！两篇文章背靠背 报道新型DNA碱基编辑器，实现水稻中A-to-K编辑

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者刘雨昕

2023年7月31日， Plant Communications以背靠背形式在线发表了中国农科院作物科学研究所夏兰琴团队题为“Engineering a plant A-to-K base editor with improved performance by fusion with a transactivation module”的通讯论文。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100667

以及中国农业科学院植物保护研究所周焕斌团队和四川大学生命科学学院张大伟团队合作的题为“Adenine base editor incorporating the N-methylpurine DNA glycosylase MPGv3 enables efficient A-to-K base editing in rice”的通讯论文。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100668

两个研究同时报道了通过新型DNA编辑工具，实现水稻中A-to-K（K=G或T）单碱基高效编辑的相关技术。

农作物的遗传多样性与优良的农艺性状多由遗传突变产生，其中约一半来源于单核苷酸多态性（SNPs，single-nucleotide polymorphisms）。而单碱基编辑技术作为具有较大潜力的遗传学工具，其发展极大促进了作物性状改良及植物功能基因组的研究。迄今为止，已经开发出多种不同的单碱基编辑技术，包括催化胞嘧啶（C）脱氨基转化为胸腺嘧啶（T）的CBEs（cytosine base editors）、催化腺嘌呤（A）脱氨基转化为鸟嘌呤（G）ABEs（adenine base editors）和催化胞嘧啶转换为鸟嘌呤的CGBEs（glycosylase base editors）。然而，由A转化为T或C的碱基编辑器仍有待于进一步开发。

由于在水稻原生质体中未发现具有稳定A-to-C颠换的品系，夏兰琴团队对植物中A-to-K（K=G或T）的单碱基编辑工具pAKBEs进行了开发，与人类细胞中的腺嘌呤颠换碱基编辑器AYBE（adenine transversion base editor）相同，研究开发的4种pAKBE编辑器同样将ABE8e融合于负责次黄嘌呤（Hx，hypoxanthine）切除的N-甲基嘌呤DNA糖基化酶蛋白（hMPG，N-methylpurine DNA glycosylase）或其突变体mhMPG。同时，在引入具有4套VP16反式激活结构域拷贝的反式激活模块VP64后（图1），pAKBEs在水稻稳定的A-to-K编辑品系中分别实现了17.24%的A-to-G编辑以及82.22%的A-to-T编辑效率。在开发的4种pAKBE编辑器中，pAKBEv4-mhMPG-VP64显著提升了水稻原生质体中A-to-K的编辑效率，其在指定的内源性靶点中的编辑效率均高于未引入VP64的pAKBEv1-hMPG和pAKBEv2-mhMPG，以及引入VP64但与hMPG融合的pAKBEv3-hMPG-VP64，表明mhMPG与VP64可能在提高腺嘌呤的编辑效率方面具有协同作用。

图1 引入反式激活模块PV64的水稻A-to-K碱基编辑器pAKBE

基于哺乳动物细胞的AYBE中将ABE融合于MPGv3的技术路线，为探究该碱基编辑工具在水稻A-to-T/C编辑中的应用潜力，周焕斌和张大伟团队将合成的带有“SGGSSGGS”连接子的MPGv3编码基因与核定位的信号肽进行密码子优化后表达，随后将其与此前报道的水稻ABE rBE49b的5'末端相连，产生了图2所示的嵌合基因rBE118（TadA9-SpCas9n-MPGv3）。研究首先检验了MPGv3对水稻A-to-T/C转换的编辑效率，发现在rBE49b中引入MPGv3能够有效通过DNA糖基化酶和BER通路启动次黄嘌呤核苷（inosine）的去除，进而实现水稻中A-to-T/C的有效转换。但由于rBE118主要实现的是A-to-K的编辑，而非A-to-C，因此研究人员将碱基编辑工具定为pAKBE。利用识别NNN PAM的SpCas9内切酶变体SpRYn，将SpCas9n替换为SpRY构建了水稻的pAKBE rBE120（TadA9-SpRYn-MPGv3）。不同内源性靶点的检验结果显示，基于SpRYn的AKBE可通过识别水稻中具有高度灵活性的PAM有效实现A-to-K的编辑。

图2 水稻中腺嘌呤碱基颠换编辑器pAKBEs以及12种

位点特异性突变编辑器的示意图

综上所述，两项研究均证明了MPG在水稻A-to-K碱基编辑中的作用，并以此为基础成功开发了一系列新型DNA编辑工具pAKBE，显著提高了水稻中A-to-K的基因编辑效率。与已有的碱基编辑器CBE、ABE和CGBE相结合，针对特定靶点的碱基编辑工具极大扩展了植物基因编辑的相关技术，为实现基于基因编辑的植物基因组进化以及作物优势性状选育提供了相应支持。

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！