研究人员开发了用于精确大DNA插入的新工具

来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞课题组研发出一种新的基因组编辑技术，可实现植物中大DNA片段的高效精准靶向插入。

这项新技术称为主要编辑介导的适时靶点重组(PrimeRoot)，将该小组先前发表的优化的双ePPE编辑蛋白与高效的酪氨酸位点特异性重组酶Cre相结合。它可以在水稻和玉米中实现大DNA片段的一步精确靶向插入，效率高达6%，并已成功插入高达11.1 kb的DNA片段。

研究结果发表在Nature Biotechnology上。

基因组编辑是一种颠覆性的生物技术，对生命科学具有广泛的影响。自首次突破性的CRISPR-Cas9研究以来的十年中，该领域已经从随机，零星的编辑发展到精确的编辑技术。虽然碱基编辑和主要编辑在进行小的DNA改变方面是有效的，但它们无法编辑大型货物。随着基因组编辑领域的发展，对高效、靶向、大DNA插入活细胞基因组的需求日益增长。

与传统的非精确非同源末端连接策略相比，PrimeRoot显著提高了插入5 kb及以上长DNA片段的效率。重要的是，插入事件是完全精确和可预测的。

在这项研究中，研究人员展示了PrimeRoot编辑的两个具体应用。PrimeRoot用于在内源性OsHPPD基因上游插入肌动蛋白启动子(1.4 kb)。引入外源功能元件是调控内源性基因表达的重要遗传育种途径。

然后使用PrimeRoot在植物中进行靶向基因插入。基于农杆菌介导和粒子轰击的传统方法会导致随机和不精确的插入事件。

研究人员利用PrimeRoot将水稻瘟病抗性基因pigmR准确地插入预测的基因组安全港中，以实现快速抗病育种。

为了提高PrimeRoot的效率，研究人员在水稻中建立了一个顺序转化系统。与单次单次转换相比，该系统进一步提高了两到四倍的编辑效率，从而实现了插入肌动蛋白启动子(8.3 kb)的效率高达1.4%，插入整个pigmR基因表达框(6.3 kb)的效率高达4.9%。

该技术为植物分子育种和植物合成生物学研究提供了强有力的技术支持。