榫卯接头系统有助于在水稻中实现精确、定向的DNA插入和替换

《Molecular Plant》：A Mortise-Tenon joint system facilitates precise targeted DNA insertion and replacement in rice

植物基因组精准编辑存在技术瓶颈，MT系统通过 mortise（带单/双非互补5’端盖的DSB）与 tenons（匹配端盖的供体DNA）的端捕获机制实现高效靶向插入/替换，在水稻中频率达16.30%-59.47%，为长DNA片段编辑提供新方案。

　　

摘要

在植物基因组编辑中，精确且无疤痕的DNA插入与替换是两大主要挑战。目前已使用了多种工具，包括依赖同源定向修复（HDR）的工具和PE介导的系统；然而，这些方法都未能完全解决这一难题。在这里，我们介绍了一种名为“榫卯连接系统”（MT）的新策略，该策略能够实现精确高效的目标插入与替换。基于我们之前报道的AFID系统中的APOBEC-Cas9-UDG/AP裂解酶，该酶在非目标链上进行单切，在目标链上进行双切，我们构建了“榫头”结构——一种具有单链或双链非互补5’突出端的双链断裂（DSB）类型。此外，我们还设计了“榫眼”结构，即含有与榫头5’突出端精确匹配的5’粘性末端的双链DNA供体。榫头与榫眼之间的末端捕获相互作用促进了精确的目标插入与替换，在水稻中7个测试目标中，使用长度为21-85 bp的插入供体时，插入效率达到了16.30%-59.47%。如果能够生成与“榫头”结构互补的粘性末端的长DNA供体，那么MT系统在实现大片段DNA的精确目标插入与替换方面将具有巨大潜力。