植物CRISPR/Cas无外源DNA基因组编辑技术研究进展

CRISPR/Cas基因组编辑技术已成为作物遗传改良的重要工具。常见的农杆菌介导或基因枪投送DNA基因组编辑方式会导致外源载体片段整合到植物基因组中,引发消费者对其潜在生物安全的担忧。目前已有部分植物建立了无外源DNA基因组编辑体系,但存在投送效率低、编辑效率低和再生困难等问题。本文中主要对植物CRISPR/Cas无外源DNA基因组编辑体系建立和应用研究中编辑元件载体、介导投送方式及常用的编辑策略等3个方面的进展进行了归纳,总结了存在的主要问题并对未来努力方向进行了展望。

CRISPR/Cas核糖核蛋白介导的植物基因组编辑

CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins)系统作为一种重要的基因编辑工具,自诞生以来被广泛应用于作物的性状改良。与CRISPR/Cas DNA载体介导的植物基因组编辑相比,CRISPR/Cas核糖核蛋白(CRISPR/Cas ribonucleoprotein,CRISPR/Cas RNP)介导的植物基因组编辑具有作用迅速、脱靶率低和无外源DNA插入(DNA-free)等优点,因而无需清除CRISPR编辑工具而更容易获得纯合的编辑体。但是,由于植物细胞转化方法和细胞再生技术的限制,不借助筛选标记的辅助将CRISPR/Cas RNP直接导入植物细胞并获得高效基因编辑仍比较困难,直接限制了CRISPR/Cas RNP在植物基因组编辑中的广泛应用。本文系统介绍了CRISPR/Cas RNP基因组编辑技术的分子作用机理及其优势,并总结了CRISPR/Cas RNP导入植物细胞的方法,最后对CRISPR/Cas RNP在植物基因组编辑中的新应用和新思路进行了展望,以期为进一步改进CRISPR/Cas RNP基因组编辑技术和扩大其在作物改良中的应用提供参考。