PBJ | 安徽农大/安徽农科院合作开发工程化植物PE6系统提高水稻基因蛋白标签原位融合插入效率

Plant Biotechnology Journal - 2024 - Xu - Engineering PE6 prime editors to effic.pdf

原创 PBJ 植物生物技术Pbj 2024年09月30日 10:18 湖北

中等长度（~100bp）片段（如蛋白标签序列、重组位点序列等）精准插入是植物基因标记定位、功能解析以及长片段插入或替换的基础。引导编辑（prime editing, PE）通过简单农杆菌转化，可在基因组特定位点精准整合中等长度片段。但多数植物PE工具相对动物系统效率受限，特别是长片段编辑能力偏低，同时易产生大量不完整的插入副产物。因此急需开发适于高效稳定易用的植物中等长度片段插入编辑PE系统。2024年9月28日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了名为“Engineering PE6 prime editors to efficiently insert tags in rice”的论文，该研究通过对PE6引导编辑系统工程化，开发升级ePE6d工具，适配pegRNA设计策略，实现水稻基因组系列常用蛋白标签序列的稳定插入编辑。在团队前期开发的ePE2基础上，通过工程化裂殖酵母Tf1逆转录酶变体和M-MMLV变体，分别获得ePE6c和ePE6d系统。在多位点进行碱基替换和小片段片段（如1×HA）插入编辑测试，结果表明：ePE6d的碱基替换效率基本能够达到ePE2水平；而片段插入能力则显著提高，最高可提升至ePE2编辑能力的8.36倍，这可能得益于M-MMLV变体较高的持续合成能力。同时，尽管ePE6c显示出水稻基因组精准编辑能力，但总体上效率仍待优化，这暗示了ePE2构型下Tf1效率可能受到了一定限制。在此基础上，团队利用ePE6d工具结合GRAND editing策略检测了多种中等长度蛋白标签插入编辑。在不同基因位点上，ePE6d可实现78 bp到135 bp的常用标签（如3×HA、3×c-MYC、CBP）的精确插入。相对ePE2系统，迭代后的ePE6d插入编辑效率提升了近5倍；在水稻植株中编辑效率最高达81.25% （CBP标签），而135bp蛋白标签原位插入的效率也可达18.75%。

利用ePE6d可有效实现人工蛋白标签的水稻基因组无缝融合，为基因原位标记和蛋白动态检测提供了可靠手段；同时该技术也将促进调控元件区的有效编辑，有望创新多种新型作物遗传资源；并为植物基因组进一步大片段操纵提供方法基础。安徽农业大学魏鹏程教授和安徽省农业科学院水稻研究所秦瑞英研究员为论文通讯作者，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省优青等项目资助。

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