作科所扩展CRISPR/Cpf1系统对植物基因组编辑范围
近日，中国农业科学院作物科学研究所夏兰琴研究员领衔的小麦基因编辑与新材料创制创新研究组与华中农业大学赵云德教授实验室合作，分别定点突变了LbCpf1蛋白的2个和3个关键氨基酸位点，获得 LbCpf1(RR)和 LbCpf1(RVR)突变体，并成功利用LbCpf1(RR)突变体实现对水稻基因组的编辑，大大拓展了Cpf1的在植物基因组中的编辑范围。相关研究成果于2018年3月20日在线发表在Cell子刊《分子植物（Molecular Plant）》杂志上。
CRISPR/Cas介导的植物基因组定点编辑、单碱基替换和同源重组体系的建立和利用，将在农作物基因功能研究和精准育种中发挥重要作用，展现了广阔的发展潜力和应用前景。CRISPR/Cpf1作为CRISPR/Cas系统的新成员，更简单、更精准。Cpf1蛋白最初发现于2015年，它隶属于II类type V CRISPR系统，是比Cas9蛋白更小且更简单的核酸内切酶。在各种不同的Cpf1蛋白中，从毛螺科菌（ Lachnospiraceae bacterium ND 2006 ）获得的LbCpf1蛋白在水稻中表现较佳，但由于识别的前导间隔序列“TTTV”4碱基PAM位点序列的限制，阻碍了CRISPR/Cpf1系统在植物基因组编辑研究中的广泛应用。
该团队分别突变LbCpf1蛋白的2个和3个关键氨基酸，利用LbCpf1(RR)和LbCpf1(RVR)突变体，以水稻 Os PDS 和 Os SBEIIb 基因为靶标基因，检测突变体对水稻基因组的编辑效率和多重基因编辑的效果。研究表明，LbCpf1(RR)变体在水稻基因组中可以成功识别“TYCV” PAM序列，且效率最高可达51%左右。LbCpf1(RVR)突变体在水稻中未能实现靶基因编辑。生物信息学分析表明LbCpf1(RR)突变体的创制使得CRISPR/LbCpf1系统在水稻中可编辑范围扩展到99.75%。该工作对于扩展CRISPR/Cpf1系统在植物基因组编辑研究领域的应用具有重要意义。
这是继该团队在2016年利用CRISPR/Cas9介导的基因组定点重组体系获得大量抗磺酰脲类除草剂水稻和2017年在水稻中成功实现靶标基因高效单碱基定点替换后（2次研究均发表在Molecular Plant上），在植物基因编辑研究领域的又一项重要研究进展。重要农作物CRISPR/Cpf1及其突变体介导的基因组编辑体系的建立，可望大大加快农作物基因功能研究和精准育种进程，具有重要理论价值和应用前景。
作科所博士研究生李少雅和张欣研究员为本文共同第一作者，夏兰琴研究员和赵云德教授为本文的共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、转基因专项和中国农科院创新工程资助。
论文链接： https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.03.009
