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昆明植物所在小立碗藓多基因敲除体系研究中取得重要进展

  苔藓植物是最早登陆的绿色高等植物之一,是植物分子生物学研究中的一种重要模式植物。目前,小立碗藓的基因敲除主要依赖于同源重组的方法,但这种方法获得突变体的效率相对较低, 且小立碗藓的杂交极其困难,不利于获得多突变体,对多基因家族基因功能进行研究。尽管小立碗藓中也建立了CRISPR/Cas9的基因编辑技术,但这种方法在敲除多个基因时需要共转多个sgRNA载体,从而使得基因敲除效率低下、载体构建费时费力。 

  中国科学院昆明植物研究所植物抗逆基因资源研究组通过分析已报道的各种Cas蛋白,然后选择其中几种在小立碗藓中摸索基因编辑效率,最终筛选到了一个具有高编辑活性的     LbCas12a。该LbCas12a仅需要21个核苷酸的crRNA引导,即使加上目的基因的靶标序列长度也不会超过50个核苷酸,因此,CRISPR/LbCas12a系统用于多基因敲除具有很大的优势。该研究组通过选择2个、3个和多个基因作为靶标进行测试,结果发现CRISPR/LbCas12a系统在小立碗藓中能够进行高效的多基因编辑。对基因家族而言,只需要对基因家族的每个基因设计一个靶位点通过一次转化即可同时获得单突、双突和多突。此外,对某些基因家族而言,CRISPR/LbCas12a多基因敲除效率比CRISPR/Cas9的效率要高。 

  该研究使得小立碗藓基因功能研究,尤其是基因家族功能的研究更为容易。以上研究成果以“A CRISPR/LbCas12a‐based method for highly efficient multiplex gene editing in Physcomitrella patens”为题在线发表于植物学期刊The plant journal 上(doi.org/10.1111/tpj.14478),刘莉研究组博士后普晓俊为该论文的第一作者,刘莉研究员为通讯作者。该研究得到中国博士后基金、云南省博士后定向资助和国家自然科学基金的资助。 

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图1. CRISPR/LbCas12a介导的基因编辑模式图:(a) LbCas12a表达载体;(b)多重crRNA表达盒的载体图;(c) LbCas12a和crRNA复合物的示意图;(d)靶基因切割的示意图 

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