基因組編輯技術在農業(yè)領域的應用推動了作物改良，但以DNA形式遞送基因編輯工具的方式存在外源DNA整合風險和脫靶效應。近年來，無外源DNA殘留的基因組編輯遞送技術備受關注。盡管基于核糖核蛋白的遞送策略在小麥等作物中實現了T0代基因敲除，但其復雜的制備與操作限制了應用。相比之下，mRNA遞送策略具有制備靈活、可大規(guī)模生產的優(yōu)勢，可為基因編輯提供高效且安全的替代方案。

2016年，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高彩霞研究組建立了基因槍介導的mRNA遞送方法，在T0代小麥中獲得無外源DNA整合的基因敲除突變體。當前，植物中的mRNA遞送系統(tǒng)效率較低，且在精準基因編輯如堿基編輯和引導編輯方面的應用鮮有報道。近日，高彩霞研究組通過優(yōu)化體外轉錄mRNA（IVT）的翻譯效率與遞送穩(wěn)定性，開發(fā)了新型基因槍介導的mRNA遞送系統(tǒng)v2_TMV/DEN2，提高了植物基因編輯效率，并在植物中實現了高效的C-to-T和A-to-G堿基編輯。

該研究系統(tǒng)性優(yōu)化了體外轉錄RNA（IVT）的翻譯效率與遞送穩(wěn)定性。研究發(fā)現，煙草花葉病毒（TMV） 5’UTR與120nt poly（A）尾可使IVT mRNA在原生質體中的翻譯效率提升12.9倍，在水稻懸浮細胞中的編輯效率提高1.9倍。進一步，研究引入登革熱病毒（DEN2）5’UTR序列，采用魚精蛋白包被技術，提高了基因編輯效率并構建了新型mRNA遞送系統(tǒng)v2_TMV/DEN2。與廣泛使用的質粒形式的遞送方式相比，v2_TMV/DEN2在T0代水稻和小麥中的編輯效率平均提高了4.3倍和3.5倍。研究對T0代水稻突變體進行全基因組測序分析發(fā)現，v2_TMV/DEN2獲得的突變體均無外源DNA片段整合。

2月10日，相關研究成果在線發(fā)表在《植物生物技術雜志》（Plant Biotechnology Journal）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、山東省重點研發(fā)計劃（農業(yè)良種工程）等的支持。

新型mRNA遞送系統(tǒng)v2_TMV/DEN2可在水稻和小麥中高效實現多種編輯形式

來源：中科院