热点综述 | CRISPR激活系统在植物中的研究进展及展望

CRISPR/Cas技术自问世以来就一直作为生物技术领域的研究热点。CRISPR/Cas系统作为基因编辑工具之一，相较于之前的锌指核酸酶（Zinc-finger nucleases, ZFNs）或转录激活物样效应物核酸酶（Transcription activator-like effector nucleases,TALENs），具有特异性、简便性和灵活性等优点。随后，各类Cas蛋白变体的出现，为研究人员提供了强大的遗传操作工具，也让CRISPR/Cas系统的应用在多种生物中得到了飞速发展。特别是将转录激活因子与dCas蛋白结合，在RNA转录水平实现基因表达特异性调控，为生物技术及其在农业领域的发展做出了重要的贡献。

近日，MDPI出版社旗舰杂志Cells （IF=7.66）在线发表了华中农业大学棉花遗传改良团队撰写的长文综述“Recent Progress and Future Prospect of CRISPR/Cas-Derived Transcription Activation (CRISPRa) System in Plants”，文章总结了CRISPR激活系统的演变进展及其在植物中的应用，为植物增产、抗病及代谢通路研究提供新的思路和研究方案。

过去通过在植物中过表达外源基因来研究基因的功能，因此需要通过农杆菌转化或基因枪等方法将外源基因导入到植物中，但植物功能蛋白往往需要多个蛋白形成复合物，或者一条代谢通路需要多个蛋白协同工作，受限于载体大小限制往往难以实现，而染色体转化又存在技术性困难。基于CRISPR/Cas激活系统可以通过设计不同的sgRNA实现多基因的转录调控，并且在存在CRISPR/Cas系统的受体植物中，仅仅只需导入多个调控靶标的sgRNA即可实现定向编辑和调控，而小RNA的递送方式多样且灵活，不依赖繁琐的组织培养和转化植物基因型限制，其优势不言而喻。

CRISPR/Cas激活系统发展经历了dCas9与转录激活因子结合，多个转录因子开发及gRNA茎环结构改造将转录因子与gRNA相结合的过程，形成了具有代表性的CRISPR转录激活体系(CRISPRa)，如转录因子与dCas9结合的SunTag；多种转录因子与dCas9结合的dCas9-VPR和dCas9-TV；转录因子与改造后的gRNA茎环结构相结合的scRNA、SAM、CRISPR-Act2.0和CRISPR-Act3.0。如图1所示。

不同的激活系统对目标基因存在不同的激活效率，进一步对不同系统在植物中的应用情况进行总结，如表1所示，可以为未来植物中不同基因的激活效率提供一定的借鉴意义。

一方面，由于CRISPR激活系统依赖dCas9以及转录激活因子的存在，因此在生产推广应用中依旧需要在转基因植物生物安全框架下进行监管，也是目前CRISPR/dCas9介导的转录激活系统在植物中广泛应用的主要关注点。

另一方面，随着Cas蛋白的小型化和病毒导入技术的成熟，未来CRISPR激活系统的应用将脱离组织培养阶段，有望加快相关研究的效率。预计在不久的将来，通过克服上述技术困难，基于CRISPR的转录调控将得到进一步发展。

最后，随着单细胞测序技术在植物中的广泛应用，将进一步完善植物的转录调控信息，为CRISPR激活系统在植物中应用开辟新的空间。

原文链接：

https://doi.org/10.3390/cells11193045

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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