张辉课题组开发高效碱基编辑器rABE8e

发布者:新闻中心发布时间:2021-03-15浏览次数:749


近日,我校生命科学学院张辉课题组在SCI 一区杂志Journal of Integrative Plant Biology上发表了题为“Efficient generation of homozygous substitutions in rice in one generation utilizing an rABE8e base editor”的研究论文,开发了靶位点编辑效率近100%的腺嘌呤碱基编辑器rABE8e,为生物育种和基因功能研究提供了强有力的工具。

生命体有A,T,C,G四种碱基组成,人类的许多遗传疾病如耳聋、血友病、白化病等,和植物的许多重要性状如氮吸收效率、抗高温、抗除草剂等,都与单个碱基的改变有关。近年来发展的基因编辑技术(获2020年诺贝尔奖),特别是碱基编辑技术,为治疗这些遗传疾病或改良农艺性状提供了革命性的解决方案。

腺嘌呤碱基编辑器ABE,可实现基因组上A/T到G/C的精准替换。植物中最新一代的腺嘌呤碱基器ABEmax,在大多数位点的编辑效率低于50%,很难快速获得纯合碱基替换的材料,这严重限制了该系统在植物育种和研究中的应用。

张辉课题组将最新开发的高效脱氨酶TadA8e(是常规脱氨酶脱氨速度的约1100倍)与优化的载体元件(双分型核定位信号肽bpNLS,密码子优化)相结合,开发出新的碱基编辑器rABE8e(rice ABE8e)(图A)。通过对水稻中的11个靶序列测试发现,rABE8e在3个靶序列的编辑效率为100%,8个靶序列的编辑效率超过80%;而ABEmax只在3个靶序列的编辑效率高于70%,另外8个靶序列的编辑效率都小于50%(图B、C)。更为重要的是,在编辑效率超过80%的8个位点,rABE8e产生纯合碱基替换的效率都大于60%;而ABEmax在一半(5/10)靶序列没有检测到纯合碱基替换(图C)。rABE8e系统有很高的编辑特异性,且产生的碱基替换能够稳定的遗传到下一代(图D)。 rABE8e在编辑效率方面将ABE碱基编辑器提高到一个新的高度,进一步提升的空间有限,也被同领域专家评价为“在编辑效率方面颠覆性(game-changing)的突破”。

张辉团队的2019级研究生魏闯和青年教师汪冲博士为论文的共同第一作者,2020级研究生贾萌、郭红萱,2019级研究生罗鹏宇参与了该工作。张辉教授和中科院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究员为共同通讯作者。该工作得到上海高校相关项目和国家自然科学基金经费资助。

  

  rABE8e的结构和编辑特性

  

  

(供稿、图片:生命科学学院)