張輝課題組開發高效鹼基編輯器rABE8e

發佈者:新聞中心發佈時間:2021-03-15瀏覽次數:10


近日,我校生命科學學院張輝課題組在SCI 一區雜誌Journal of Integrative Plant Biology上發表了題為“Efficient generation of homozygous substitutions in rice in one generation utilizing an rABE8e base editor”的研究論文,開發了靶位點編輯效率近100%的腺嘌呤鹼基編輯器rABE8e,為生物育種和基因功能研究提供了強有力的工具。

生命體有A,T,C,G四種鹼基組成,人類的許多遺傳疾病如耳聾、血友病、白化病等,和植物的許多重要性狀如氮吸收效率、抗高温、抗除草劑等,都與單個鹼基的改變有關。近年來發展的基因編輯技術(獲2020年諾貝爾獎),特別是鹼基編輯技術,為治療這些遺傳疾病或改良農藝性狀提供了革命性的解決方案。

腺嘌呤鹼基編輯器ABE,可實現基因組上A/T到G/C的精準替換。植物中最新一代的腺嘌呤鹼基器ABEmax,在大多數位點的編輯效率低於50%,很難快速獲得純合鹼基替換的材料,這嚴重限制了該系統在植物育種和研究中的應用。

張輝課題組將最新開發的高效脱氨酶TadA8e(是常規脱氨酶脱氨速度的約1100倍)與優化的載體元件(雙分型核定位信號肽bpNLS,密碼子優化)相結合,開發出新的鹼基編輯器rABE8e(rice ABE8e)(圖A)。通過對水稻中的11個靶序列測試發現,rABE8e在3個靶序列的編輯效率為100%,8個靶序列的編輯效率超過80%;而ABEmax只在3個靶序列的編輯效率高於70%,另外8個靶序列的編輯效率都小於50%(圖B、C)。更為重要的是,在編輯效率超過80%的8個位點,rABE8e產生純合鹼基替換的效率都大於60%;而ABEmax在一半(5/10)靶序列沒有檢測到純合鹼基替換(圖C)。rABE8e系統有很高的編輯特異性,且產生的鹼基替換能夠穩定的遺傳到下一代(圖D)。 rABE8e在編輯效率方面將ABE鹼基編輯器提高到一個新的高度,進一步提升的空間有限,也被同領域專家評價為“在編輯效率方面顛覆性(game-changing)的突破”。

張輝團隊的2019級研究生魏闖和青年教師汪衝博士為論文的共同第一作者,2020級研究生賈萌、郭紅萱,2019級研究生羅鵬宇參與了該工作。張輝教授和中科院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究員為共同通訊作者。該工作得到上海高校相關項目和國家自然科學基金經費資助。

  

  rABE8e的結構和編輯特性

  

  

(供稿、圖片:生命科學學院)