来源 | JGG
MAD7核酸酶是一种来源于直肠真杆菌 (Eubacterium rectale) 的Cas12a蛋白。该酶被开发成一种不受知识产权限制 (royalty-free) 的新型核酸酶，具有非常大的应用潜力，但CRISPR-MAD7在植物中应用尚未报道。
近日，中科院微生物研究所邱金龙研究员团队和中科院遗传与发育生物学研究所王延鹏青年研究员团队合作在Journal of Genetics and Genomics(JGG)在线发表了的题为Genome editing in plants with MAD7 nuclease的研究论文,报道了利用新型Cas核酸酶MAD7实现植物基因组编辑。
为了验证该系统在植物中是否能够实现基因组编辑，该研究首先选取23个植物内源位点进行测试，发现该系统可以识别PAM基序为YTTN的位点 (Y=T/C, N=A/T/G/C) ，在小麦和水稻原生质体中编辑效率最高分别可达38.7%和34.8%，并且编辑产物多为6–10 bp长度的删除。进一步实验表明，该系统与植物中常用的CRISPR-LbCas12a编辑效率相当，并且具有较高的特异性。基于氨基酸序列同源性比对，作者开发了两种MAD7新变体，有效地拓宽了该系统的可编辑范围。此外，通过融合脱氨酶APOBEC3A及尿嘧啶糖基化酶UDG，成功开发了可预测靶片段删除的M-AFID系统。该研究还利用CRISPR-MAD7系统在植物中实现了高效的多基因组编辑。最后，利用CRISPR-MAD7对小麦和水稻进行了基因编辑，其中水稻再生植物中突变体比例最高可达65.6%。
CRISPR-MAD7系统用于植物基因组编辑。(A) CRISPR-MAD7系统的示意图；(B) CRISPR-MAD7与CRISPR-LbCas12a的编辑效率相当；(C) CRISPR-MAD7可用于多基因编辑。
综上所述，该研究建立了基于CRISPR-MAD7的植物基因组编辑系统，发现MAD7在植物中表现出较高的编辑活性和特异性。因此，基于MAD7核酸酶可开发出一系列拓展工具，丰富植物基因组编辑工具箱。该工作将为植物的基础研究提供了强有力的技术支撑，在农作物基因组的商业化应用中也将发挥重要作用。
中国科学院遗传与发育生物学研究所博士生林秋鹏和朱子旭，以及中国科学院微生物研究所博士生刘关稳为该论文的共同第一作者，邱金龙研究员和王延鹏青年研究员为该论文的共同通讯作者。相关工作得到中科院先导专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会经费的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jgg.2021.04.003