CRISPR 3.0 来了,一次激活多个基因表达,将在育种领域大显身手

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CRISPR 3.0 来了,一次激活多个基因表达,将在育种领域大显身手


CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生以来,大家对其“基因魔剪”这个代称印象过于深刻,以至于忽略了其同样可以作为基因表达增强和基因表达降低的工具。


最早开发出CRISPR-dCas9,并将其应用到基因表达增强(CRISPRa)基因表达降低(CRISPRi)的是斯坦福大学的亓磊,该技术可以在不导致DNA双链断裂的情况下,精准调控基因表达水平,这也大大扩展了CRISPR技术的应用范围和潜力。


2021年6月24日,马里兰大学戚益平团队在 Nature 子刊 Nature Plants 发表了题为:CRISPR–Act3.0 for highly efficient multiplexed gene activation in plants 的研究论文。


该研究开发了名为 CRISPR–Act3.0 的基因编辑技术,能够在植物中实现多重基因激活。该系统的激活能力是当前最先进的CRISPR激活技术的四到六倍,并且可以一次激活多大7个基因激活基因以获得功能增益,对于创造更好的植物尤其是农作物具有重要意义。


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虽然之前已有研究将CRISPR激活(CRISPRa)成功用于植物基因地激活,但是一次激活多个基因仍然存在挑战,而激活基因表达以获得功能增益,对于创造更好的植物尤其是农作物具有重要意义。


为了实现这一目标,研究团队在植物中引入了一种新的改进CRISPR系统,并命名为:CRISPR–Act 3.0。这一第三代CRISPR系统专注于多重基因激活,可以同时增强多个基因的功能。

戚益平团队之前开发植物中的多重基因编辑技术,通过敲除多个基因改进作物,但是这种策略潜力有限,因为并没有多少基因能够通过降低表达来实现作物的改进。

而增强就不一样了,可以通过增强基因表达,甚至增加新的基因,来提高我们想要的功能。

对于CRISPRa,是基于切割活性丧失的dCas9结合多种转录激活因子,在向导RNA(gRNA)实现的,gRNA引导dCas9和转录因子结合在特定的DNA序列,从而激活基因表达。由于dCas9的DNA切割活性丧失,因此不会造成DNA双链断裂,因此具有更高的安全性。

第一代CRISPRa系统基于dCas9-VP64,第二代CRISPRa系统包括dCas9-SunTag等,第二代系统能够串联多个VP64,实现更高水平的基因激活。

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在这项研究中,研究团队开发的CRISPR–Act 3.0,dSpCas9与VP64融合,其偶联的gR2.0包含两个MS2 RNA适体,用于招募更多与SunTag融合的MS2噬菌体外壳蛋白(MCP)

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研究人员在水稻西红柿拟南芥中验证了CRISPR-Act 3.0系统的效果。试验结果表明,CRISPR-Act 3.0可以同时激活多种基因,包括加快开花速度加快育种过程的基因。

此外,为了靶向富含T的PAM序列,研究团队还CRISPR-Act 3.0应用到了Cas12b,研究团队还开发了基于SpRY变体的不依赖PAM序列的CRISPR-Act3.0系统,这些在激活效力和靶向范围方面均优于dCas9-NG系统。

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总的来说,该研究开发了一个简介的多重基因激活的策略,无论在效果上,还是效率上,都远超目前的CRISPR激活技术。这一技术对于设计、定制、创造更优秀的作物具有重要应用价值,也有助于应对气候变化和全球饥饿。

论文链接
https://www.nature.com/articles/s41477-021-00953-7

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本篇文章来源于微信公众号:药时代

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