責編 | 王一

近年來，由CRISPR系統（CRISPR1.0）與核苷酸脫氨酶為基本架構的植物鹼基編輯器（CRISPR2.0）作為一種重要技術手段在植物學基礎研究和作物品種改良中得到了廣泛應用。相對於胞嘧啶鹼基編輯器的深度最佳化，目前已有的腺嘌呤鹼基編輯器基本採用腺嘌呤脫氨酶突變體TadA7.10，編輯效果差強人意，不少基因組靶位點的編輯效率都較低，甚至為零，嚴重限制了該技術在植物學和作物品種改良中的應用。

2月22日，中國農業科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創新團隊在國際著名植物科學期刊Molecular Plant上線上發表了題為High-Efficiency and Multiplex Adenine Base Editing in Plants Using New TadA Variants的研究論文。該研究對現有的植物腺嘌呤鹼基編輯器進行最佳化升級，開發出了全新版本腺嘌呤鹼基編輯器TadA9。

為了實現對現有植物腺嘌呤鹼基編輯器的最佳化升級，該團隊研究人員對TadA7.10衍生版本TadA8e、TadA8.17、TadA8.20進行了評估，並在此基礎之上開發出全新版本TadA9，進一步採取TadA單體策略以及整合SurroGate系統，多個測試靶位點處的鹼基編輯效率逐步提高至90%以上，基本類似於CRISPR技術進行靶基因敲除的表現。在四種新TadA突變體中，TadA8e的編輯能力明顯高於TadA8.17和TadA8.20，而TadA9的編輯能力與TadA8e相當甚至更高且擴大了編輯視窗範圍。尤其是對於之前難以編輯的靶位點，TadA9表現出強勁的編輯能力。該研究還證實了TadA9和TadA8e能與眾多Cas9衍生蛋白和同源蛋白廣泛相容，包括SpCas9n、SpCas9n-NG、SpRYn和ScCas9n。

利用TadA9載體，研究團隊成功對水稻主栽品種南粳46中的4個除草劑靶標基因實現了一次性同時改造，4個靶點共編輯效率高達 56.25%，其中3個靶基因的編輯效率高於80%。

該研究優化出的一系列高效腺嘌呤鹼基編輯器，極大地擴充套件了單鹼基編輯技術在植物上的應用，對植物功能基因組學研究和農作物分子精準育種改良具有重大推進作用。

該團隊前期還相繼利用SpCas9n（Ren, et al., Sci. China Life Sci, 2017）、相關衍生蛋白SpCas9n-NG（Ren et al., Mol. Plant, 2019）和SpRYn（Xu et al., Genome Biol., 2021）、同源蛋白ScCas9n（Wang et al., Plant Biotech. J., 2020）結合各種胞嘧啶脫氨酶APOBEC1和hAIDΔ*（Ren et al., Mol. Plant, 2018）、腺嘌呤脫氨酶TadA7.10（Yan et al., Mol. Plant, 2018），成功開發一系列植物單鹼基編輯工具，用於水稻內源靶標基因的定點精準改造，透過單鹼基編輯和其介導的植物內源基因定向進化（BEMGE）育種新方法，成功人工創制多個基因編輯新功能種質材料（Liu et al., Plant Biotech. J., 2020; Kuang et al., Mol. Plant, 2020）。

植保所作物有害生物功能基因組研究創新團隊周煥斌研究員為本文通訊作者，本文得到了中國農科院科技創新工程、基地平臺提質增效技術創新任務、國家轉基因科技計劃、中國國家自然科學基金等專案支援。相關技術已申請國家發明專利並獲授權（專利號ZL 2020 1 1308944.7）。

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https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.02.007