应用人工智能设计的OpenCRISPR-1技术实现大豆（Glycine max L.）和本氏烟（Nicotiana benthamiana）的高效基因编辑

《Transgenic Research》：Application of AI-designed OpenCRISPR-1 for highly efficient gene editing in soybean (Glycine max L.) and Nicotiana benthamiana

摘要

目前，CRISPR/Cas基因组编辑技术在商业作物改良中的广泛应用受到复杂的、限制性的知识产权（IP）环境的阻碍。最近开发的OpenCRISPR-1是一种完全由人工智能设计的类似Cas9的核酸酶，它提供了一个具有可访问许可框架的有吸引力的替代方案；然而，其在双子叶植物中的有效性尚未得到充分研究。在这里，我们报告了成功将OpenCRISPR-1系统应用于大豆（Glycine max L.）和本氏烟草（Nicotiana benthamiana）的目标突变。我们构建了一个针对植物的优化二元载体（pBSE-OpenCRISPR-1）并验证了其编辑能力。在大豆（Glycine max）中，通过Agrobacterium rhizogenes介导的毛状根转化实验针对GmFAD2-1B基因发现，OpenCRISPR-1能够有效诱导位点特异性突变。在本氏烟草（Nicotiana benthamiana中，通过Agrobacterium介导的转化针对植烯去饱和酶同源基因（NbPDSa/b），在75%的T₀转基因系（36株中的27株）中实现了整体编辑。对个别同源基因的分析显示，NbPDSa和NbPDSb位点的编辑率分别为66.7%（36株中的24株）。在NbPDSb位点，有13.9%的转化事件实现了完全编辑；在NbPDSa位点，这一比例为2.8%，其中包括一个事件（2.8%），在该事件中所有等位基因均发生了完全编辑，导致可见的白化表型。深度扩增子和Sanger测序结果显示，其特征性突变模式主要为小范围的插入和删除，这些突变发生在PAM序列上游两到三个核苷酸处。这些结果表明，由人工智能设计的OpenCRISPR-1系统是一种高效且多功能的双子叶植物基因组编辑工具。通过提供更广泛的操作自由度，这一工具能够提升全球范围内作物性状改良的可行性。