Nature子刊：植物育种的突破！将嫁接与CRISPR工具相结合

马克斯·普朗克分子植物生理学研究所的科学家们在《Nature Biotechnology》发文，正将CRISPR工具(又名“基因剪刀”)的突破性进展用于编辑植物基因组，这标志着方法上的变化。通过将嫁接与“移动”CRISPR工具相结合，这一发现可以简化和加速新型、基因稳定的商业作物品种的开发。

未经修改的芽被嫁接到含有可移动CRISPR/Cas9的根上，这允许基因剪刀从根移动到芽上。它在那里编辑植物DNA，但不会在下一代植物中留下自己的痕迹。这一突破将节省时间和金钱，规避目前植物育种的限制，并有助于多种作物的可持续粮食解决方案。

养活全世界的许多作物已经受到高温、干旱和植物病虫害的威胁，而气候变化正进一步加剧这些因素。为了在具有挑战性的条件下确保这些重要植物在未来获得高效和有效的作物产量，可以使用CRISPR/Cas9系统高精度编辑植物基因组，以引入有益的基因功能或去除不利的基因功能。尽管CRISPR/Cas9是植物育种的巨大进步，但它仍然是一种昂贵而费力的解决方案，使其在大多数植物中应用不可行。德国马克斯·普朗克分子植物生理学研究所的科学家团队最近取得的进展克服了这些限制。

RNA作为CRISPR载体

商业作物植物需要在基因上是稳定的，它们不能包含任何来自CRISPR/Cas9系统的基因序列，并且应该是无转基因的。通常情况下，这是通过多代异交或繁琐的再生过程来实现的。这两种方法都是时间和金钱密集型的，而且很困难，甚至在许多作物种植中是不可能的。由Friedrich Kragler领导的一组科学家开始改变这一状况。作为欧盟资助的PLAMORF项目和德国研究部资助的概念验证项目的一部分，他们正在研究使RNA从根移动到芽的运输序列。研究小组发现tRNA样序列(TLS)，它作为RNA在植物内长距离运动的信号。最近的突破是将这一发现与CRISPR/Cas9基因组编辑系统结合起来。当将这样的TLS添加到CRISPR/Cas9序列中时，植物会产生“移动”版本的CRISPR/Cas9 RNA。然后，将无转基因、未修饰的芽移植到含有可移动CRISPR/Cas9 RNA的植物根部，然后从根进入芽，最终进入产生种子的花朵。

“神奇发生在花朵中，”Kragler解释道。“CRISPR/Cas9 RNA进入并转化为相应的蛋白质，这是真正的‘基因剪刀’。它编辑花朵中的植物DNA。但是CRISPR/Cas9系统本身并没有整合到DNA中。因此，从这些花发育出来的种子只携带所需的编辑。在下一代植物中没有CRISPR/Cas9系统的踪迹，它的工作效率惊人地高。”

用于多种作物植物的编辑系统

让这个新系统更令人兴奋的是它有可能将不同物种结合在一起。科学家们表明，这种“编辑”方法不仅在根和芽来自同一种植物时才有效——在这种情况下，模型植物是拟南芥。他们还将其商业亲戚油菜的嫩枝嫁接到拟南芥根上，从而产生可移动的CRISPR/Cas9。令人鼓舞的是，Friedrich Kragler的团队还发现了经过编辑的油菜植物。

“我们的新型基因编辑系统可以有效地用于许多育种计划和作物植物。这包括许多重要的农业植物物种，它们很难或不可能用现有方法进行改造。”他总结道。

Lei Yang, Frank Machin, Shuangfeng Wang, Eleftheria Saplaoura und Friedrich Kragler. Heritable transgene-free genome editing in plants by grafting of wild-type shoots to transgenic donor rootstocks. Nature Biotechnology