中科院学者Nature Plants利用CRISPR系统解析DNA病毒

　　

　双生病毒（Geminiviruses）是存在于植物中唯一一类具有孪生颗粒形态的单链DNA病毒，也是目前已知的最大的单链DNA病毒家族，该病毒在单子叶和双子叶植物中具有广泛的宿主。目前已报道双生病毒能够感染玉米、棉花、番茄、木薯、甜菜等重要农作物，对农业生产危害极大。传统抗病机理的研究主要基于对病毒基因功能的分析及宿主病毒互作机理的解析，但目前在育种中的应用还比较有限。

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组利用新近在细菌中发现的适应性免疫系统（CRISPR/Cas）特异识别病毒和外源DNA的特性，将该CRISPR切割系统引入植物，在植物中建立了这套DNA病毒防御体系。该研究以甜菜严重曲顶病毒BSCTV（Beet severe curly top virus）为模式病毒，分别选取模式植物本氏烟（Nicotiana benthamiana）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）为寄主材料。首先利用本氏烟注射表达系统，建立了高效的抗病毒sgRNA活性筛选体系，并在瞬时转染植物及转基因植物中同时证明，向植物中引入高效的CRISPR/Cas系统能够有效地抑制BSCTV在寄主植物中的积累。靶位点的突变分析表明该系统能特异性切割病毒DNA。研究还发现高效靶位点的选取与靶位点序列所在基因的功能无直接关系。利用此方法培育抗病毒植物，并不必基于病毒基因功能的深入了解，简单易行，通用性强。因此，该研究对培育抗DNA病毒作物具有指导意义。

　　该研究成果于9月28日在线发表在Nature Plants (DOI: 10.1038/nplants.2015.144)。高彩霞研究组的硕士研究生姬祥和助理研究员张华伟为该文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委项目资助。

CRISPR/Cas9转基因植物抵御DNA病毒侵染的示意图

原文摘要：

Establishing a CRISPR–Cas-like immune system conferring DNA virus resistance in plants

CRISPR–Cas (clustered, regularly interspaced short palindromic repeats–CRISPR-associated proteins) is an adaptive immune system in many archaea and bacteria that cleaves foreign DNA on the basis of sequence complementarity. Here, using the geminivirus, beet severe curly top virus (BSCTV), transient assays performed in Nicotiana benthamiana demonstrate that the sgRNA–Cas9 constructs inhibit virus accumulation and introduce mutations at the target sequences. Further, transgenic Arabidopsis and N. benthamiana plants overexpressing sgRNA–Cas9 are highly resistant to virus infection.