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玉米基因組編輯團隊利用組合優化元件與新型信號肽實現更高效堿基編輯器開發

發布時間:2020/7/20 14:30:04   閱讀次數:


 2020年02月07日,玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室基因組編輯團隊在The Crop Journal(Q1期刊,IF=3.179)上發表了題為“Developing high-efficiency base editors by combining optimized synergistic core components with new types of nuclear localization signal peptide”的研究論文。通過對堿基編輯系統的核心元件進行密碼子高頻優化,并融合實驗室開發的新型核定位信號肽(F4NLSr2),創建了更高效的堿基編輯器。

 

 目前,成簇的規律間隔短回文重復序列/成簇的規律間隔短回文重復序列關聯蛋白(CRISPR/Cas)系統被廣泛應用在基因組改造中。其中的胞嘧啶堿基編輯器(cytosine base editor, CBE)和腺嘌呤堿基編輯器 (adenine base editor, ABE)能夠以編程的方式對很多不同類型的細胞和生物體進行精準不可逆的堿基突變。然而,基因組中某些靶點或靶點內特定位置的C或A編輯效率很低,限制了堿基編輯器的應用。本研究通過組合使用進行了密碼子高頻優化的核心元件的策略,開發出水稻新型多靶點超級組合ABE系統(sABE),結果表明其編輯效率高于之前文獻報道的ABEs。進一步,該研究將FLAG標簽蛋白與 4個拷貝的核定位信號(NLS)融合并進行水稻密碼子優化,開發出新型的核定位信號(F4NLSr2), 并將其置于SpCas9 nickase的N端組裝到sABE系統中獲得F4NLS-sABE,結果表明這種新型核定位信號能夠提高一些靶點的堿基編輯效率,或實現一些靶點中更多的A被編輯。在此基礎上,該研究進一步將F4NLSr2應用到水稻多靶點超級組合CBE系統(sCBE)中,獲得了更加高效的F4NLS-sCBE系統。這些優化的高效基因組編輯工具可以應用于水稻基礎研究或分子育種中,并為其他植物或動物更高效編輯工具的開發提供參考。

 

 王飛鵬、張成偉為本文共同第一作者,楊進孝和趙久然為共同通訊作者。本研究得到北京學者(BSP041)項目資助。玉米基因組編輯團隊是2017年由玉米DNA指紋及分子育種重點實驗室引進建設的技術創新團隊,目前主要聚焦于堿基編輯、精確替換、組學編輯及其在玉米和水稻等作物中的高效應用。這是該團隊自2019年以來在國際知名學術期刊上發表的第五篇高水平研究論文。

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