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《Nature | 转座酶辅助靶点整合，实现高效植物基因组工程》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-06-29

  • 2024年6月26日，丹佛斯植物科学中心等机构的研究人员在 Nature 期刊发表了一篇题为Transposase-assisted target-site integration for efficient plant genome engineering的文章。

    目前将新 DNA 植入植物基因组特定位置的技术频率低且容易出错，这种低效率阻碍了开发改良作物的基因组编辑方法。转座元件（TEs）通常被认为是基因组的 "寄生虫"，它们在进化过程中将自己的 DNA 无缝插入基因组。真核生物的转座元件根据对染色质环境的偏好选择插入位点，每种转座元件的环境都不同。

    该研究开发了一种基因组工程工具，它能控制 TE 的插入位点和输送的货物，利用 TE 的天然能力精确切除并插入基因组。受在细菌中以可编程方式定向转座的 CRISPR 相关转座酶的启发，研究人员将水稻 Pong 转座酶蛋白与 Cas9 或 Cas12a 可编程核酸酶融合。研究人员证明了增强子元件、开放阅读框和基因表达盒的序列特异性定向插入（由 CRISPR gRNA 引导）到模式植物拟南芥的基因组中。然后，研究人员将这一系统应用于大豆--一种需要定向插入技术的全球主要作物。研究人员已经将 TE "寄生虫 "设计成了一个可用、易用的工具包，可以将定制的 DNA 按特定序列定向插入植物基因组。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07613-8
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  • 《Nature | AAA+ATP酶激活转座酶的结构基础》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-06-29
    • 2024年6月26日，玛格丽塔·萨拉斯生物研究中心Ernesto Arias-Palomo、约翰斯霍普金斯大学James M. Berger共同通讯在Nature发表题为Molecular basis for transposase activation by a dedicated AAA+ ATPase的文章，揭示了专用AAA+ATP酶激活转座酶的分子基础，为染色体重排的调节和耐药基因的传播提供了见解。 研究的重点是IS21转座酶系统，该系统可作为阐明AAA+ATP酶如何调节转座酶中的位点选择性和催化功能的模型。研究人员证明，在这一过程中起关键作用的IstB ATP酶会自我组装成一种自动抑制的二聚体五聚体，将靶DNA紧密弯曲成半螺旋。这种独特的结构通过核苷酸控制的组装和DNA变形来稳定，从而实现基于结构的位点选择性和转座酶募集。作者发现，两个IstB十聚体可以二聚化，将靶核酸稳定成与IstA转座酶结合的S形扭结构型。这种相互作用形成了大约1MDa的转座子复合体，突出了特定相互作用在刺激调节ATP酶活性和触发转座酶上的大构象变化中的重要性，该转座酶定位催化位点以进行DNA链转移。 研究还表明，IstA转座酶具有两个螺旋-转螺旋（HTH）DNA结合结构域、一个DDE催化基序和一个β-桶，后面是一个柔性的羧基末端区域。据报道，IstA可以寡聚成高度交织的四聚体，将两个转座子末端突触形成超螺旋构型。然而，这种四聚体状态是无活性的，并且需要调节性IstB因子来进行转座。研究人员结合生物化学和结构方法，详细解析了IS21的核苷酸依赖性转座反应。他们的发现表明，核苷酸周转周期在允许IstB支持IstA转座方面发挥着至关重要的作用。该研究进一步证明，IstB AAA+通过利用其N端延伸促进蛋白质低聚和靶向双链弯曲来促进IS21转位，同时将AAA+结构域保持在稳定DNA上组装的非活性构型中。 此外，该研究表明，IstB通过捕获S形靶DNA来重塑双链DNA，该靶DNA是靶底物和由IstA转座酶带入复合物的供体DNA之间的接触点。在IstB十聚体连接处的这种尖锐的DNA弯曲用作靶底物和由IstA转座酶带到复合物的供体DNA之间的接触点。 这项研究的发现不仅有助于我们理解DNA转位的分子机制，而且突出了这些见解在生物技术和基因编辑中的潜在应用。控制和操纵转座元件的能力为基因工程和开发新的治疗策略提供了令人兴奋的可能性。正如作者所总结的，未来的研究将需要建立IstB核苷酸转换的确切机制作用，以及其他转座相关分子匹配物使用类似方法激活其同源转座酶的程度。
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  • 《华南植物园在猕猴桃多重高效基因组编辑系统研究取得进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：huangcui
    • 发布时间：2018-01-19
    • 猕猴桃为我国特有的雌雄异株多年生果树，因其丰富的营养价值和独特的风味而成为全球性重要的新兴水果。随着我国及世界猕猴桃产业的发展，如何快速高效的创制优异特色新种质并培育新品种成为制约产业发展的关键。目前，基于成簇规律间隔短回文重复序列 / 成簇规律间隔短回文重复序列关联蛋白（ clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins, CRISPR/Cas ）系统发展起来的 CRISPR/Cas9 基因组编辑技术已成为作物遗传改良和基因功能研究的重要工具，但该系统的工作效率在不同的物种中存在较大的差异。在猕猴桃中，目前还没有成熟可用的基因组编辑系统。 　　中国科学院华南植物园博士研究生汪祖鹏在黄宏文研究员和刘义飞副研究员的指导下，经过前期研究基础，建立了一种新的快速高效的成对 sgRNA 的 Cas9 双元表达载体的构建策略，以此产生了包含四个靶向猕猴桃八氢番茄红素脱氢酶基因（ AcPDS ）的 sgRNA 的成对 sgRNA/Cas9 载体。与先前的成对 sgRNA 克隆方法相比，该策略仅需要合成两种含 sgRNA 的引物，从而大幅降低了成本。该研究进一步比较了两种不同的 sgRNA 表达盒类型 ( 多顺反子 tRNA-sgRNA 体系 (PTG) 和传统 CRISPR 表达盒 ) 在猕猴桃中的基因编辑效率。结果表明，在猕猴桃中 PTG/Cas9 系统的靶标突变效率相比传统的 CRISPR/Cas9 系统高出近 10 倍。最后，研究人员还发现两种系统均能成功地诱导由 G418 抗性愈伤组织再生的猕猴桃幼苗白化表型。该研究首次在猕猴桃中建立了多重高效的 PTG/Cas9 基因组编辑系统，相关研究结果为在其他植物或作物中进行基因组编辑效率的优化提供了借鉴和指导。 　　相关研究得到了国家自然科学基金（ 31471847 和 31572092 ）和中国科学院 STS 网络计划项目的支持（ KFJ-EW-STS-076 ）。研究成果已在线发表在国际植物生物技术领域知名期刊 Plant Biotechnology Journal 上。
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