硕士生在著名期刊Journal of Integrative Plant Biology发表高质量学术论文

近日，海南大学热带农林学院与中国农科院植保所抗病虫作物生态安全评价利用创新团队和中国农业大学植物保护学院合作，在植物学著名期刊《植物学报》 (Journal of Integrative Plant Biology) 在线发表了题为《Developing guanine base editors for G-to-T editing in rice》的研究报告。该研究通过使用DNA糖基化酶MPGv6.3构建了水稻鸟嘌呤碱基编辑器，在水稻中实现鸟嘌呤碱基编辑，并在此基础上融合DNA脱氨酶，构建了复合型水稻碱基编辑器，在水稻中实现了胞嘧啶/腺嘌呤和鸟嘌呤的共同编辑，为植物抗性基因功能研究与分子育种提供了技术支撑。

CRISPR介导的碱基编辑器已被广泛用于植物功能基因组学和作物遗传改良研究，尤其是碱基编辑介导内源基因定向进化对人工创制抗病虫和耐除草剂作物新种质具有重要意义，打破抗性育种对现有抗性资源的依赖。现有的植物碱基编辑器的编辑能力严格依赖于各种核苷酸脱氨酶的活性，因此无法对基因组上的鸟嘌呤进行编辑，2023年，杨辉团队通过定向进化N-甲基嘌呤DNA糖基化酶 (MPG) 开发出不依赖脱氨酶的碱基编辑工具gGBE，实现了高效的G>C/T (对位链C>G/A)编辑，拓展了CGBE无法在真核生物中高效稳定诱导C>A的局限，实现了C碱基向任意碱基的精准转化。然而，目前的碱基编辑工具尚无法在植物中实现有效的鸟嘌呤碱基编辑碱基编辑。

在该研究中，研究人员将DNA糖基化酶MPGv6.3分别于SpCas9n与SpRYn相结合，构建了水稻鸟嘌呤碱基编辑器rBE121和rBE123，并评估其编辑活性。结果表明，rBE121和rBE123均可以在水稻基因组中实现G>T的碱基编辑，编辑窗口为PAM序列5’端上游6-14 bp，其中rBE121的编辑效率为6.98-12.50%，rBE123的编辑效率为1.20-7.80%，并且在rBE123编辑的OsHPPD位点还检测到了G>A的编辑事件；在此基础之上，研究人员将不同的DNA脱氨酶与rBE121相结合，构建了一些复合型碱基编辑器，希望在靶点处实现复合型的碱基编辑，这一部分的研究结果中，在rBE124a编辑的OsGS1位点检测到了效率为0.89%的C>T和G>C共编辑事件，在rBE125b编辑的OsALS1和OsALS1-3位点分别检测到了效率为1.04%的A>G和G>T共编辑事件以及A>G和G>C共编辑事件。基于MPGv6.3的一系列鸟嘌呤碱基编辑器和复合型碱基编辑器，为水稻基因编辑和人工定向进化提供了新的工具，推进了水稻抗性基因功能研究与分子育种应用。

海南大学与中国农业科学院植保所联合培养硕士生张钟鸣和中国农业大学与中国农业科学院植保所联合培养博士生柳浪为共同第一作者，海南大学缪卫国教授、中国农科院植保所周焕斌研究员为共同通讯作者，团队多名成员共同合作完成，中国农业科学院严芳植保所副研究员和周雪平教授、中国农业大学孙文献教授对该研究工作给予了指导。该研究得到了农业生物育种重大专项、国家重点研发计划、中国农业科学院南繁专项和中国农业科学院创新工程等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1111/jipb.13729

图1 鸟嘌呤碱基编辑器和复合型碱基编辑器在水稻中实现碱基编辑