《生长素通过调控染色质可及性及再生进程显著提升植物基因编辑效率》

  • 编译者: 季雪婧
  • 在作物遗传改良领域,CRISPR/Cas9基因编辑技术的出现带来了革命性的突破,它能够实现精准的基因敲除、碱基替换和小片段插入缺失等操作,且通常不需要引入外源基因,从而获得非转基因产品。然而,该技术在应用过程中仍面临诸多挑战:编辑效率在不同植物物种间差异显著,一些物种如菊花(Chrysanthemum morifolium)经常出现嵌合编辑事件,导致遗传不稳定和编辑效率低下;此外,大量T0代编辑植株为杂合子,需要经过繁琐的后代分离筛选才能获得纯合突变体,这对于遗传背景复杂的多倍体植物和通过无性繁殖的作物尤为困难。更深入的问题在于,真核生物的DNA在细胞核内以染色质形式存在,基因组DNA紧密缠绕在组蛋白上形成核小体,进一步折叠成复杂的空间结构。染色质的这种紧凑构型会动态变化,从闭合状态转变为开放状态,这一特性被称为染色质可及性(chromatin accessibility),它对基因调控至关重要。研究表明,染色质的紧密程度直接影响CRISPR/Cas9的编辑效率——浓缩的异染色质区域会限制Cas9蛋白对DNA的接近,从而降低编辑效率;而开放的染色质区域则更易于发生编辑事件。本研究针对CRISPR/Cas9基因编辑在作物应用中效率低、嵌合体多、再生困难等瓶颈问题,创新性地发现适度提高外源生长素(auxin)浓度可通过调控染色质可及性(chromatin accessibility)和延缓植物再生进程双重机制显著提升T0代功能性编辑植株获得率。

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    • 编译者:季雪婧
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  • 《Cell | 染色质状态依赖性调控和先导编辑的表观遗传操作》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-15
    • 2024年4月11日,华盛顿大学, HHMI Jay Shendure团队在Cell杂志上发表了题为Chromatin context-dependent regulation and epigenetic manipulation of prime editing的研究。该研究通过建立新的分子生物学方法,阐述了影响PE效率的表观遗传因子,并且开发出基于表观遗传“编辑”从而有效操纵PE效率的新方法。 首先,为了探究PE在不同染色质环境的工作效率,作者建立了一个T7-assisted reporter mapping assay,这个方法可以高效地定位所有随机插入基因组的PE reporter (synHEK3)。通过比较4000多个位点的编辑效率,作者发现PE效率与H3K79me2正相关,而且可以被表观遗传特性有效预测。通过深入分析,发现转录延伸是高效PE的决定因素。 其次,为了研究chromatin context-dependent regulation,即表观遗传环境(cis-chromatin environment)和反式作用因子的相互作用,作者开发了一种基于单细胞测序(sci-RNA-seq3)的技术。通过将该技术运用在PE和pooled genetic screen中,作者可以将细胞受到的遗传干扰和不同染色质环境中的PE响应联系起来,进而发现chromatin context-dependent regulator – HLTF。 最后,作者试图利用操纵编辑位点周围的表观遗传环境来改变编辑效率。通过CRISPRoff降低编辑基因的转录,PE效率能够被显著降低,证明了PE编辑效率和转录的紧密联系。反之,通过CRISPR activation对编辑基因启动子的预激活,PE效率可以被大幅提升。例如,对于基因CREB3L3,一个效率仅为5%的epegRNA在激活基因表达后,可以被提升到66%(16.5x)。作者还证明了此方法对多种细胞环境(K562,iPSCs),所有突变类型都有很好的提升效果。 此工作建立了一系列新的、可以用来研究chromatin context-dependent regulation的分子生物学方法。当运用在基因编辑中,作者发现了调控PE效率的重要因子。这些方法对研究其他chromatin-associated processes都会有广泛意义。