应用生物育种技术 释放作物生物潜能
Applying biological breeding techniques to unleash the biological potential of crops
关于未米
PBJ丨未米生物联合陆钰明教授团队开发玉米基因组精准改造新工具
2024-01-02
近日，未米生物联合陆钰明教授团队，在《Plant Biotechnology Journal》发表了题名为“Targeted A-to-T and A-to-C base replacement in maize using an optimized adenine base editor”的研究论文，成功开发出一种能在玉米中实现高效A-to-Y精准替换的新型碱基编辑器，为玉米基因组的精准改造提供了一项新工具。
上海交通大学博士生钟达庭、未米生物分子研发平台工程师潘弘和上海交通大学博士后李凯为本文共同第一作者，陆钰明教授为本文通讯作者，未米生物CEO许洁婷博士也参与了此项研究。本研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。
研究背景
碱基编辑器，包括胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器（CBE 和 ABE），是精确修饰基因组的理想工具。它们能在植物中产生单核苷酸变体，用于研究和作物改良。然而，现有的碱基编辑器能诱导的碱基转换类型仍然有限。最近，一种新的碱基编辑器通过将工程化的 N-甲基嘌呤 DNA 糖基化酶（MPG）与 ABE 融合而形成了 AYBE。这在哺乳动物细胞中实现了高效的 A-to-T 和 A-to-C（A-to-Y，AYBE）转换，并及时在水稻中进行了评估，以诱导 A 到 T（AKBE）。然而，AYBE 在玉米中的编辑活性仍有待探索，其编辑效率也有待进一步优化。
研究结果
在这里，研究团队通过将腺嘌呤碱基编辑器与密码子优化的 MPG融合，并共同表达玉米Polη，开发了一种优化的 AYBE 碱基编辑器（ZmAYBEv3），可在玉米和其他单子叶植物中高效地进行 A-to-T 和 A-to-C 的碱基转换。
研究团队使用ZmAYBEv3对五个玉米内源基因进行精准编辑。获得的103株T0植株中，近一半的植株成功实现了A-to-Y替换，其极高的编辑效率还使得在T0代内就成功获得纯合编辑。对ZmGA20ox3的纯合编辑产生了半矮玉米植株。研究团队还对水稻应用了ZmAYBEv3，并同样高效地实现了A-to-Y编辑，效率最高可达40.0％。
这些结果表明，这种优化的AYBE碱基编辑器实现了在玉米基因组中A-to-T和A-to-C位点的特异性转换，填补了其他碱基编辑器不能在植物高效实现A-to-T和A-to-C的空白。此外，T0代可获得纯合编辑更多，加速育种速度，为进一步加快改良主要粮食作物的农艺性状提供了可能性。
关于未米
未米生物在植物基因编辑体系开发有着丰富的研究经验。本项目从工具设计到载体构建一共花费2周时间，一个多月完成原生质体数据验证，证明工具可行性。同时配备高效多物种无限制遗传转化平台，具有丰富经验的大田种植平台，短时间完成相关工具在玉米验证工作，得到相关性状种子。欢迎广大有兴趣老师咨询合作。
未米分子生物学平台：凭借多年的基因合成和质粒构建经验，可将任何基因克隆到任何载体中，包括：全基因合成、亚克隆、复杂高难度载体构建、长片段DNA克隆、植物多基因聚合载体构建、植物基因编辑载体等各种植物功能研究载体构建，同时提供植物新物种基因编辑体系开发和合作等服务。
