植物基因編輯的一個關鍵步驟是將Cas9蛋白和sgRNA遞送到植物細胞中發揮作用，目前植物中的遞送方式主要有農桿菌和基因槍轉化兩種，均需要通過較長時間的組織培養和再生才能夠獲得完整的突變體植株。然而，組織培養和再生仍是植物基因編輯的限速步驟，對于一些單子葉植物，尤其是對于包含龐大且復雜的六倍體基因組的普通小麥，其基因組編輯尤為困難。開發出無須組織培養且不受基因型限制的遞送系統是植物基因組編輯需要解決的關鍵技術問題。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊和中國農業大學李大偉團隊合作，開發出基于大麥條紋花葉病毒（BSMV）的sgRNA遞送載體系統——BSMV-sg，在小麥中建立了高效、可遺傳、不需要組織培養的基因組編輯遞送系統。該研究將sgRNA搭載到BSMVγ上構建出BSMVγ-sg系統，通過利用移動RNA元件（mAtFT、mTaFT以及tRNA）對sgRNA進行修飾，以期促進BSMV病毒向分生組織細胞的移動能力來提高可遺傳的編輯效率。結果表明，不修飾的BSMVγ-sg對小麥葉片中具有較高的侵染能力和編輯活性。進一步將BSMV-sg系統對三個小麥Cas9表達品種的三個基因分別進行編輯，研究人員發現，BSMV-sg均能夠在病毒侵染植株的后代獲得高效的可遺傳突變，效率為12.9%-100%，且純和突變體效率為1.6%-7.7%。此外，研究還發現，超過53.8%的突變體后代均不含病毒（virus-free）。通過混合含有多個靶點的BSMV-sg農桿菌并侵染小麥，可實現多基因編輯。最后，研究人員將BSMV-sg侵染的Cas9轉基因小麥花粉與野生型小麥進行雜交，在F2代可獲得不含Cas9（Cas9-free）的突變體后代。BSMV-sg介導的小麥基因組編輯遞送系統具有高效、低成本、無須組織培養和再生過程的特點，可應用于小麥大規模和高通量基因組編輯，為小麥功能基因研究和分子設計育種提供了重要的技術支持。
該項研究成果于7月14日在線發表于Molecular Plant（DOI:10.1016/j.molp.2021.07.010）。該研究得到了中科院戰略性先導科技專項（A類）、國家自然科學基金、農業生物技術國家重點實驗室開放課題和中科院青年創新促進會的支持。
圖：BSMV介導的高效小麥基因編輯遞送系統。A.BSMV基因組編輯載體示意圖；B.BSMV-sg介導的小麥基因組編輯流程示意圖；C.BSMV-sg實現高效的可遺傳編輯；D.BSMV-sg誘導小麥TaPDS靶基因突變并呈現葉片白化表型
日期：2021-07-20
中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊和中國農業大學李大偉團隊合作，開發出基于大麥條紋花葉病毒（BSMV）的sgRNA遞送載體系統——BSMV-sg，在小麥中建立了高效、可遺傳、不需要組織培養的基因組編輯遞送系統。該研究將sgRNA搭載到BSMVγ上構建出BSMVγ-sg系統，通過利用移動RNA元件（mAtFT、mTaFT以及tRNA）對sgRNA進行修飾，以期促進BSMV病毒向分生組織細胞的移動能力來提高可遺傳的編輯效率。結果表明，不修飾的BSMVγ-sg對小麥葉片中具有較高的侵染能力和編輯活性。進一步將BSMV-sg系統對三個小麥Cas9表達品種的三個基因分別進行編輯，研究人員發現，BSMV-sg均能夠在病毒侵染植株的后代獲得高效的可遺傳突變，效率為12.9%-100%，且純和突變體效率為1.6%-7.7%。此外，研究還發現，超過53.8%的突變體后代均不含病毒（virus-free）。通過混合含有多個靶點的BSMV-sg農桿菌并侵染小麥，可實現多基因編輯。最后，研究人員將BSMV-sg侵染的Cas9轉基因小麥花粉與野生型小麥進行雜交，在F2代可獲得不含Cas9（Cas9-free）的突變體后代。BSMV-sg介導的小麥基因組編輯遞送系統具有高效、低成本、無須組織培養和再生過程的特點，可應用于小麥大規模和高通量基因組編輯，為小麥功能基因研究和分子設計育種提供了重要的技術支持。
該項研究成果于7月14日在線發表于Molecular Plant（DOI:10.1016/j.molp.2021.07.010）。該研究得到了中科院戰略性先導科技專項（A類）、國家自然科學基金、農業生物技術國家重點實驗室開放課題和中科院青年創新促進會的支持。
圖：BSMV介導的高效小麥基因編輯遞送系統。A.BSMV基因組編輯載體示意圖；B.BSMV-sg介導的小麥基因組編輯流程示意圖；C.BSMV-sg實現高效的可遺傳編輯；D.BSMV-sg誘導小麥TaPDS靶基因突變并呈現葉片白化表型
日期：2021-07-20
