给马铃薯基因转录剪接装上“精准导航”

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）张春芝/陈凯园课题组分别在《植物学报（Journal of Integrative Plant Biology）》和《园艺研究（Horticulture Research）》期刊发表了题为“Optimized TadA-derived base editors efficiently manipulate mRNA splicing by A-to-G and C-to-K editing in potato”和“Boosting cytosine base editing in potato through synergistic optimization”的研究论文。研究团队通过筛选多种腺苷脱氨酶和胞苷脱氨酶，成功开发出了适用于马铃薯的高效腺嘌呤编辑工具ABE、胞嘧啶编辑工具CBE和双碱基编辑工具DBE，为马铃薯精准基因编辑和可变剪接调控提供了高效工具和技术方法。

原文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70263

原文链接https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhag122/8626132?login=true

马铃薯（Solanum tuberosum）作为全球最重要的非谷物类粮食作物，在保障全球粮食安全方面发挥着重要作用。作为无性繁殖的作物，马铃薯在长期驯化过程中积累了大量有害突变，部分有害突变与有益等位基因紧密连锁，通过传统的回交分离难以将其消除。随着碱基编辑技术等精准基因组编辑技术的出现，为马铃薯优良性状的定向改良提供了新途径。然而，目前仅有极少数关于碱基编辑技术在马铃薯中的应用，且未针对该物种进行深度优化，效率仍有待进一步提升。

为解决这些问题，研究团队通过评估多种高活性胞苷脱氨酶，首先鉴定出两种高效脱氨酶，在此基础上利用AtRPS5A启动子和TMV Ω增强子，融合染色质调节肽CMP，以及共表达人源RNA m6A去甲基化酶基因hFTO多种策略进一步优化编辑系统。在毛状根测试中，经过优化的CBE工具RF-Sdd7-HNHN将平均编辑效率从优化前的26.8%提升至76.7%（提高了2.7倍）。使用RF-Sdd7-HNHN对StALS1和StALS2同时编辑，编辑效率达85.7%，并获得了具有除草剂抗性的纯合马铃薯种质（图1）。

图1 RF-Sdd7-HNHN在马铃薯毛状根和转基因株系中实现高效的C-to-T编辑

此外，研究人员基于TadA脱氨酶，整合AtRPS5A启动子、TMV Ω增强子与人源RNA m6A去甲基化酶基因hFTO建立的ABE编辑工具RTF-ABE8e，将平均编辑效率从优化前的19.5%提升至86.2%（提高了4.4倍）。利用该碱基编辑系统在StDL1两个靶位点实现了100%编辑效率，纯合编辑频率分别高达93.3%和91.1%。通过精准靶向两个剪接位点，RTF-ABE8e稳定诱导出外显子跳跃的剪接类型。在此基础上，团队进一步开发出双碱基编辑器RTFTadDE，可同步实现A-to-G与C-to-K（T/G）编辑，提高剪接位点的编辑概率。

图2 利用RTF-ABE8e编辑剪接位点精准调控mRNA剪接

基因组所（大鹏湾实验室）陈凯园副研究员和张春芝研究员为论文“Boosting cytosine base editing in potato through synergistic optimization”共同通讯作者，已毕业硕士张艳，基因组所博士生邓九州，河南大学联培硕士生张路敏为论文共同第一作者。张春芝研究员为论文“Optimized TadA-derived base editors efficiently manipulate mRNA splicing by A-to-G and C-to-K editing in potato”通讯作者，陈凯园副研究员为论文第一作者和共同通讯作者，张艳为论文共同第一作者，基因组所博士生邓九州，河南大学硕士生张路敏，云南师范大学科研助理周会英、硕士生段雅馨、硕士生肖恩乐参与了该项目，祝光涛教授为本研究提供了重要支持。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程及中国博士后科学基金的资助。