Nature Biotech：新方法实现植物的大片段基因编辑

　　

借助CRISPR等技术，科学家们在基因编辑方面的效率日益提高。然而，引入全新的基因仍然困难重重，特别是在需要精确插入较大片段的遗传信息时。

阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员近日开发出一种新方法，能够将大片段的遗传信息引入植物，从而克服了数十年来制约植物生物技术发展的难题。

这项成果发表在《Nature Biotechnology》杂志上。它提出了一种新方法，能够将数kb的DNA片段插入植物基因组内的特定位置。研究人员已在烟草和水稻中成功验证了这种方法。

这一进展有望帮助科学家在未来构建更复杂的植物性状，从而推动作物抗逆性、可持续农业、生物技术，以及将植物作为可扩展平台用于治疗药物和生物制剂等领域的生产。

未来作物的许多性状，包括对高温、干旱和病害的抗性，可能需要多个协同作用的基因才能实现。能否实现这些目标，取决于能否将更大、更复杂的遗传片段引入植物，而这仍是一项重大的技术挑战。

通讯作者、阿卜杜拉国王科技大学的Magdy Mahfouz教授表示：“未来植物生物技术的发展不仅取决于我们编辑基因的能力，还取决于我们添加全新遗传指令的能力。”

研究团队引入了非长末端重复序列（non-LTR）R2逆转座子，将其作为一种多功能系统用于植物中的靶向基因整合。他们在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中重建了R2活性，并对插入效率和保真度进行了基准测试。

结果显示，GFP（2.2 kb）以及与重组酶兼容的着陆垫（landing pads，0.6 kb）能够特异性整合到28S rDNA阵列中，完整片段的插入频率分别为75%和53%。

他们还利用R2逆转座子将抗性基因片段靶向插入水稻愈伤组织的rDNA内，实现了高达17%的整合效率。而且，这种方法在插入新遗传物质之前无需在植物DNA中制造断裂。

这些结果表明，R2逆转座子作为一种无需双链断裂的系统，可在rDNA位点实现以RNA为模版的数kb基因片段插入，从而实现植物中的安全港性状叠加。

尽管目前仍处于研究阶段，但这一新方法最终有望支持人们开发具有更复杂特征的植物，包括携带多种有益性状或执行新的生物功能。

“这项研究解决了该领域最大的技术挑战之一，并为研究人员提供了一种新工具，用于在植物中构建更复杂的生物性状，让植物有望成为治疗药物及其他生物制剂的可扩展生产平台，”Mahfouz教授谈道。

通过为科学家提供将大片段基因引入植物的新途径，这项研究为植物生物技术研究开辟了新道路，并为应对该领域一些最复杂的遗传挑战提供了额外工具。