科学家成功打造植物基因组“剪刀”

中科院上海植物逆境生物学研究中心朱健康课题组通过模仿和改造微生物中的一种抵御外源侵染的防护机制，成功开发出能对植物基因组进行精确定点修饰的技术，从而使高效植物分子改良性状成为可能。这一适用于植物的CRISPR-Cas技术就像一把剪刀，可对基因组中任意感兴趣的位置进行编辑，它的成功开发将革命性地改变植物科学和农业生物技术。

相关研究成果发表于《细胞研究》。 据论文第一作者、博士张波涛介绍，CRISPR-Cas系统是继锌指核酸酶（ZFNs）和TALEN核酸酶之后另一个可精确定点编辑基因组DNA的新技术。该系统利用短RNA序列引导Cas核酸酶在基因组上特定的位置进行切割形成双链断裂，随后利用植物自身的修复机制，引入随机突变或导入特定的DNA序列，从而对基因组进行突变、置换、插入等精确编辑，具有设计简单、快速等优点。该系统首先被科学家在细菌抵抗噬菌体侵染的过程中被发现，随后被科学家改造成基因组修饰工具，并在动物细胞中成功实施，但由于植物的复杂性和遗传转化的高难度，一直没有成功应用的报道。

张波涛等对模式植物拟南芥和水稻的多个基因进行定点突变，都获得了较高的突变效率，并在第一代获得纯合和嵌合突变体，且呈现出预期的突变表型。该研究首次证实CRISPR-Cas系统能够用于植物的基因组编辑。

这一研究结果表明，通过直接对作物基因组进行精确修饰，可以直接转化现有研究成果，从而能够尽快发挥它们的实际应用价值，迅速提高作物的各种优良性状，实现高效、低耗、高抗、高产。