许多遗传和育种研究表明，点突变和插入/缺失（插入和缺失）可以改变农作物的优良性状。尽管核酸酶启动的同源性定向修复（HDR）可以产生这种变化，但它受到效率低的限制。单碱基编辑技术（Base editors）是用于创建碱基转换的强大工具，但不能用于创建颠换，插入或删除。因此，迫切需要新的植物基因组工程方法。
David R. Liu
David R. Liu和他在哈佛大学的同事开发了一种新的基因组编辑方法，引导编辑（Prime editing），它使用工程化的Cas9切口酶 (H840A)-逆转录酶(RT)融合蛋白与prime editing guide RNA (pegRNA)配对，后者在人类细胞中编码所需的编辑。
最近，由中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员领导的研究小组报告了一个优化的引导辑系统(PPE系统)，该系统可在水稻和小麦两种主要谷物中创建所需的点突变，插入和缺失。PPE系统的主要成分是Cas9切口酶RT融合蛋白和pegRNA。
中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员
这些研究人员使用PPE系统在的9个水稻和7个小麦原生质体中产生了全部12种单碱基取代，以及多点突变和小的DNA插入和缺失，效率高达19.2％。PPE的效率受到引物结合位点（PBS）和RT模板长度的影响较大。
尽管PPE系统会产生脱靶效应，但可以通过优化RT模板长度来改善。
此外，使用针对植物优化的PPE系统，他们发现原来的RT可以被CaMV-RT（来自花椰菜花叶病毒）和retron-derived RT（来自大肠杆菌BL21）代替。通过使用某些靶标的PPE-核酶（PPE-R）和在37℃下孵育，也可提高靶标的编辑效率。
此外，Gao和她的合作者还能够创建稳定的突变水稻植株，该植株携带G-to-T点突变，多核苷酸取代和许多6-nt缺失，突变体的生产效率接近22％。值得注意的是，使用当前的编辑工具很难产生这三种类型的突变。
“尽管PPE系统的效率低于单碱基编辑工具，但它仍然是一种吸引人的新工具，可以创建所有12种类型的单点突变，不同替换的混合以及插入和删除。该系统在植物育种和功能基因组学研究方面具有巨大的潜力。”高博士说。
这项名为“Prime genome editing in rice and wheat” 的科学论文于2020年3月16日发表在《Nature Biotechnology》上。
文献来源:
Prime genome editing in rice and wheat, Nature Biotechnology (2020). DOI: 10.1038/s41587-020-0455-x
https://nature.com/articles/s41587-020-0455-x
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