RNA为模板 首次实现植物同源重组修复
科技日报北京3月19日电 (记者瞿剑)中国农科院作物科学研究所作物转基因技术与应用创新团队与美国加州大学圣地亚哥分校合作，使用核糖核苷酸(RNA)作为同源重组修复(HDR)的模板，成功获得后代无转基因成分的抗ALS抑制剂类除草剂水稻植株。这是在植物中首次成功利用RNA作为脱氧核糖核酸(DNA)同源重组修复模板。相关研究论文北京时间3月19日凌晨在线发表于国际学术期刊《自然生物技术》。
论文通讯作者、作科所研究员夏兰琴介绍，CRISPR/Cas基因组编辑技术自2012年被发明以来，已被广泛应用于动物、植物和微生物等诸多物种的基因组编辑。基因组编辑技术中，首先是Cas核酸内切酶在指导RNA引导下，在基因组特定位置进行切割，导致这些靶向位置的DNA双链断裂(DSB)，此种DNA损伤可被细胞中的两种修复途径所修复。在多数物种中，非同源末端连接的修复途径是DNA双链断裂最主要的修复途径，而通过同源重组修复途径(HDR)的概率特别低，无法高效将足量的修复模板(DRT)递送到植物细胞。在植物中实现高效率的同源重组，并用于农作物中优异等位基因替换和重要农艺性状改良，还面临巨大挑战。
研究人员首先利用微滴数字PCR对重组事件进行评估，证实了RNA作为同源重组修复模板，参与CRISPR/Cpf1系统介导的DNA同源重组修复的可行性。与通常使用的DNA修复模板不同，RNA修复模板可以在体内通过植物自身的转录系统持续产生，为同源重组修复提供足够的修复模板。研究人员又利用此方法，成功获得OsALS两个氨基酸定点替换成功的抗ALS抑制剂类除草剂水稻植株，且通过子代分离得到了定点替换成功且无外源转基因成分的植株。
据悉，通常情况下，农作物地方品种或近缘属种中，含有大量优异农艺性状等位基因。和常规栽培品种相比，这些优异等位基因只存在单个碱基或者多个碱基差异。通过常规育种方法引入这些基因或优异性状，需要多年多代回交和杂交及材料选育，费时费力。通过CRISPR/Cas介导的同源重组技术，可快速引入优异等位基因，实现常规栽培品种相应等位基因的精准改良，进而加快定向创制农作物新种质的育种进程，对于农作物育种改良具有重要意义。
