先导编辑技术(prime editing)在双子叶植物中的优化
批准号:
32100327
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
鲁鹏君
依托单位:
学科分类:
植物学研究的新技术、新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
鲁鹏君
中文摘要
先导编辑技术(prime editing)作为一种新型基因编辑技术,无需供体DNA、不引起DNA双链断裂、能同时实现小片段DNA序列的增删和碱基12种类型的转换,被誉为“改变基因编辑游戏规则的工具”。然而作为新兴的基因编辑工具,其编辑效率较低,亟待优化。在植物中实施和优化先导编辑,对于植物基因编辑工具开发更有针对性。本项目前期在双子叶模式植物——本氏烟草中成功实施了先导编辑。后续将以建立快速检测先导编辑效率的报告系统为基础,筛选适合于植物的高效逆转录组件。本项目将采取多策略的逆转录组件优化方案,采用最优转化和培养方法,最终整合各优化措施以加合效应提高双子叶植物先导编辑效率。高效的双子叶植物先导编辑系统将作为有利的工具服务于作物育种(产生、聚合优良性状)和植物合成生物学(植物天然产物的合成通路解析),创造更大的科学价值和经济价值。
英文摘要
Prime editing is a new breakthrough of genome editing tool without donor DNA or double-strand breaks, allowing introduction of all mutation types (insertions, deletions, and all 12 types of base-to-base conversions). However, quite low editing efficiency reported by researchers when prime editing was applied in many species. Optimizing prime editor in plants is more targeted to develop useful plant genome editing tools. Having successfully applied prime editing in Nicotiana benthamiana, we focus on establishing a fast and sensitive detecting system to evaluate editing efficiency by prime editing recovering LUC activity. With this detecting system, we plan to replace the reverse transcriptase and increase the copy number of reverse transcriptase to make prime editor suitable for plant prime editing. Multiple optimizations of prime editor and more effective transformation method would likely make prime editing work better in plants by additive effect. This project aims to enhance the editing efficiency of plant prime editing which would be a powerful genome editing tool in crop breeding and plant synthetic biology.
高效的基因组编辑工具在植物育种中至关重要。先导编辑系统(prime editing,PE)作为一种新兴基因编辑工具,不依赖于DNA双链断裂,且理论上能实现所有类型的碱基精确替换和小片段的DNA插入、缺失精确编辑,是一个安全多功能的基因编辑工具。目前PE在植物中的应用与系统性优化主要集中于水稻等单子叶植物。而作为被子植物种类繁多的双子叶植物,由于极低的PE效率,相关报道较少且未见系统性优化研究。本研究针对两种双子叶模式植物:拟南芥(十字花科、二倍体)和本氏烟草(茄科、异源四倍体)进行多靶点测试应用和系统性优化。本研究发现PE的原始构造结构(额外的逆转录酶融合蛋白和延长的pegRNA)会严重阻碍Cas9的DNA切割能力。进一步通过对PE结构进行多模块拆分自组装测试,确定了能提高PE精确编辑效率的最优组合,将其命名为mPE(multi-modular assembled prime editing)。mPE能大幅度显著提高多碱基精准插入的效率,多靶点测试中,相比于对照平均提高197.9倍。本研究同时探索出一种循环高温处理(Repeated High Temperature Treatment,RHTT)步骤,可以平衡双子叶植物中热胁迫和编辑效率的矛盾,在实施PE编辑植株时采用RHTT可进一步提高PE效率。mPE通过叠加RHTT后,将NbPDS靶点上GGATCCA精确插入效率提高至约1%,此效率预示着mPE将PE应用于双子叶植物育种从难以实现过渡到可操作水平。
先导编辑技术(prime editing)在双子叶植物中的优化
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:鲁鹏君
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依托单位:
国内基金
海外基金