近日，我校生命科學(xué)學(xué)院張輝課題組在SCI 一區(qū)雜志Journal of Integrative Plant Biology上發(fā)表了題為“Efficient generation of homozygous substitutions in rice in one generation utilizing an rABE8e base editor”的研究論文，開(kāi)發(fā)了靶位點(diǎn)編輯效率近100%的腺嘌呤堿基編輯器rABE8e，為生物育種和基因功能研究提供了強(qiáng)有力的工具。

生命體有A,T,C,G四種堿基組成，人類(lèi)的許多遺傳疾病如耳聾、血友病、白化病等，和植物的許多重要性狀如氮吸收效率、抗高溫、抗除草劑等，都與單個(gè)堿基的改變有關(guān)。近年來(lái)發(fā)展的基因編輯技術(shù)（獲2020年諾貝爾獎(jiǎng)），特別是堿基編輯技術(shù)，為治療這些遺傳疾病或改良農(nóng)藝性狀提供了革命性的解決方案。

腺嘌呤堿基編輯器ABE，可實(shí)現(xiàn)基因組上A/T到G/C的精準(zhǔn)替換。植物中最新一代的腺嘌呤堿基器ABEmax，在大多數(shù)位點(diǎn)的編輯效率低于50%，很難快速獲得純合堿基替換的材料，這嚴(yán)重限制了該系統(tǒng)在植物育種和研究中的應(yīng)用。

張輝課題組將最新開(kāi)發(fā)的高效脫氨酶TadA8e（是常規(guī)脫氨酶脫氨速度的約1100倍）與優(yōu)化的載體元件（雙分型核定位信號(hào)肽bpNLS，密碼子優(yōu)化）相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出新的堿基編輯器rABE8e（rice ABE8e）（圖A）。通過(guò)對(duì)水稻中的11個(gè)靶序列測(cè)試發(fā)現(xiàn)，rABE8e在3個(gè)靶序列的編輯效率為100%，8個(gè)靶序列的編輯效率超過(guò)80%；而ABEmax只在3個(gè)靶序列的編輯效率高于70%，另外8個(gè)靶序列的編輯效率都小于50%（圖B、C）。更為重要的是，在編輯效率超過(guò)80%的8個(gè)位點(diǎn)，rABE8e產(chǎn)生純合堿基替換的效率都大于60%；而ABEmax在一半（5/10）靶序列沒(méi)有檢測(cè)到純合堿基替換（圖C）。rABE8e系統(tǒng)有很高的編輯特異性，且產(chǎn)生的堿基替換能夠穩(wěn)定的遺傳到下一代（圖D）。 rABE8e在編輯效率方面將ABE堿基編輯器提高到一個(gè)新的高度，進(jìn)一步提升的空間有限，也被同領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)價(jià)為“在編輯效率方面顛覆性（game-changing）的突破”。

張輝團(tuán)隊(duì)的2019級(jí)研究生魏闖和青年教師汪沖博士為論文的共同第一作者，2020級(jí)研究生賈萌、郭紅萱，2019級(jí)研究生羅鵬宇參與了該工作。張輝教授和中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康研究員為共同通訊作者。該工作得到上海高校相關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金經(jīng)費(fèi)資助。

  rABE8e的結(jié)構(gòu)和編輯特性

（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）