北京大学/遗传所合作开发促进植物再生的可诱导CRISPR激活工具

2024年1月18日，Plant Communications 在线发表了北京大学现代农学院刘启昆课题组、北京大学现代农业研究院周军会课题组、中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风课题组的题为“An Inducible CRISPR-activation tool for accelerated plant regeneration”的研究成果。该研究通过对植物内源的组织再生相关基因的精准激活，实现了对不同单、双子叶植物遗传转化效率和再生效率的提高。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100823

近年来，随着基因编辑技术的迅猛发展，建立高效广谱的植物再生体系对于推动植物育种和改良具有重要意义。然而，受物种和基因型的限制，大多数植物的再生效率相对较低。已有研究表明，在体细胞异位表达与再生相关的基因可以显著提高多种难再生作物的再生效率。尽管如此，过量表达一些再生相关的转录因子可能导致转基因植物的表型异常。同时，鉴于促再生转录因子家族成员众多，传统的筛选特定物种的再生相关基因需要经历繁琐的步骤，包括克隆、功能验证和共表达形态发生基因组合等。因此，亟需开发一些新工具来克服这些技术难题，以进一步提高植物的再生效率。

CRISPR/dCas9是由CRISPR/Cas9衍生而来的遗传操作工具。CRISPR/dCas9系统主要通过CRISPR激活（CRISPR activation，CRISPRa）或CRISPR干扰（CRISPR interference，CRISPRi）系统来实现基因表达的调控。其中，CRISPR a系统是用于转录激活内源性基因的强大工具。此外，β-雌二醇诱导型XVE（LexA-VP16-ER）系统是一种广泛应用于植物的基因表达调控系统。传统上，XVE系统通常一次只能调控一个基因，这使得大规模基因功能测试成为一项挑战。通过将其与 CRISPR 激活工具结合，可以实现对多个内源基因的精准激活。

基于此，本研究通过将 XVE 诱导系统与 SunTag CRISPRa 系统相结合，开发了一套植物化学诱导的 CRISPRa 工具，称为“ER-Tag”。该研究系统比较了不同 XVE 系统与 SunTag CRISPRa 系统耦合策略激活再生相关基因的效率。该研究实现了在“亚最佳激素”培养条件下，大规模筛选拟南芥再生相关的形态发生基因和基因组合的可行性。此外，该研究通过共激活随机配对的形态发生基因，筛选到提高森林草莓和羊草再生效率的最适形态发生基因组合，由此证明了 “ER-Tag” 策略能够应用于提高双子叶和单子叶植物的再生效率。本研究扩展了植物 CRISPR 工具的应用范围，这一工具不仅局限于植物再生领域的应用，还可能在其他生物学过程中精准调控基因，促进更深入的基因功能研究。

北京大学现代农学院博士后张翠梅博士、北京大学现代农业研究院助理研究员唐雅君博士和中国科学院遗传与发育生物学研究所唐善杰博士为本文的共同第一作者。刘启昆研究员、周军会研究员和宋显伟研究员为共同通讯作者。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所庞永珍课题组为在紫花苜蓿中测试本载体工具的效果提供了重要的研究材料。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1500503和2022YFF1002802）、内蒙古科技重点研发项目（2021ZD0031）、中国科学院青年创新促进会（Y2022039和2022096）、国家自然科学基金（32272692）、山东省自然科学基金（ZR2022QC054）以及北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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