HiFi测序助力基因组工程的农业基因组学

在农业育种结合生物技术迅速发展的今天，快速、可靠地读取基因组是整个技术中极其关键的环节。PacBio HiFi 测序的出现提供了高质量的参考基因组来帮助研究人员提供全面的序列数据，为基因编辑提供可靠的设计方案，并可以用于验证构建、确认编辑和评估脱靶效应。

因而，在通过基因组工程和其他可编程分子技术进一步解决粮食安全和工业可持续发展问题方面，PacBio也以其独特的新锐视角为相关从业者提供了理想的工具。

今天，就让我们一起看看PacBio HiFi测序在近期农业基因组研究项目中的最新表现。

通过CRISPR-Cas9改进木薯

CRISPR-Cas9作为扩大作物多样性的新工具，能够通过精确修改基因组从而提升粮食作物的安全性和可持续性，并增加粮食的商品多样性，从而满足日益增长的全球需求。但如何确保基因编辑的精确性，避免脱靶效应的产生，这是一个技术发展阶段需要解决的关键问题！而兼顾长读长、高精度的HiFi测序技术，可以准确捕捉基因编辑技术中产生的脱靶效应，从而在靶向区域和全基因组范围内全面评估编辑结果。

瑞士研究团队利用了Cas9编辑技术来改善木薯作物。同时采用PacBio HiFi 测序来跟踪修改基因的变化，如缺失、插入和移码突变等，以便更好地了解它们的基因组和表型特性。

木薯(Manihot esculenta Crantz)作为一种多用途的粮食作物，是全球五大碳水化合物来源之一，也因此被科学家们作为基因工程的候选品种。但由于难以进行遗传转化和体外再生，并且育性较差，导致即使基于传统的育种方式也只能产生很少的种子。

为克服这些障碍，来自苏黎世联邦理工学院分子植物生物学研究所的科学家们开始使用基因组编辑来加速作物改良：通过CRISPR-Cas9方法引入靶向突变，产生具有新性状的非转基因后代。

改良的特性之一就是改变了淀粉的生物合成。含有无支链淀粉的天然土豆、玉米和小麦品种因其理想的烹饪和加工质量而被培育，科学家们试图复制这一宝贵的特性，因此，他们转向被充分研究的模式植物拟南芥，以寻找遗传目标。

拟南芥中GBSS(颗粒结合淀粉合酶)或PTST1(淀粉靶向蛋白)基因的突变已被证明可产生无支链淀粉，因此，该团队通过对GBSS或PTST1进行靶向诱变，产生了多个直链淀粉含量光谱不同的品系。他们还诱导了AtFT的表达，以确保即使在温室条件下也能快速开花，并确保编辑株系的遗传能力。两个后代成功地继承了等位基因编辑，而没有获取外源DNA（无转基因）。

为检测基因组DNA意外（脱靶）切割和突变对植物形态、生理和农艺性状可能造成的任何其他有害影响，利用PacBio技术对新株系进行测序，鉴定cas9介导的切割和非同源末端连接（NHEJ）引起的核苷酸插入/缺失（Indels），结果未发现切割产物或Indel。作者也希望实验的成功将导致广泛采用具有有用新性状的低成本、无转基因作物，以补充其他育种计划。

基于CRISPR的奶牛基因组工程

就像农作物一样，培育牲畜的某些特性可能有助于为流畅的工业食品生产线铺平道路，也有利于环境，基于CRISPR的基因组工程可以让科学家创造出设计师驯养动物，而不需要依赖病毒和细菌来运送DNA。由加州大学戴维斯分校，Alison L. Van Eenennaam和Joseph Owen的团队接受了这项挑战。

SRY，是一种能引发雄性后代的性别决定基因。可想而知对于奶牛产业而言，这是一个与生产直接相关的功能基因。然而，该挑战的第一个困难就是确定他们想要插入的基因的位置。2014年，他们刚开始着手这一项目时，所采用的牛参考基因组还是10年之前的版本。可想而知，这一参考基因组还远未实现牛基因组的准确完成图。在过去，普遍认为基因组中存在大量的垃圾“DNA”，不具备关键的功能作用。而在最初的尝试中，这一团队所针对的也是X染色体中似乎属于“垃圾DNA”的一部分。但在2018年，基于PacBio测序技术发布了新的牛基因组ARS-UCD1.2，在此之后，研究人员开始意识到，这些所谓的X染色体“垃圾DNA”区域，实际上对细胞生长至关重要。因此，更全面、更完整、更精准的牛参考基因组帮助该团队重新设计了他们的基因编辑方案。

随后，在基因编辑小牛出生后，该团队还采用了PacBio测序技术，以了解和评估基因编辑为基因组所带来的全部影响。他们的发现有很多令人惊讶的地方，包括SRY基因出现了其他拷贝，以及在不同位置出现新的插入和缺失。

基因编辑领域广阔且不断变化。当研究人员试图验证构建、确认编辑并评估粮食安全和工业可持续发展的脱靶效应时，HiFi测序提供了高质量的参考基因组。

基因有限公司作为PacBio公司在中国区的独家代理商，自2011年以来将PacBio第三代单分子实时测序技术引入国内，一直为国内用户提供专业的三代测序系统的安装培训，技术支持，应用培训与售后维护工作，赢得客户的一致好评与信任。基因有限公司将一如既往的支持越来越多的PacBio用户。