科学家将新的和改进的CRISPR 3.0系统用于植物的高效基因激活

【本报讯】在《自然-植物》杂志的一项研究中，马里兰大学（UMD）植物科学副教授Yiping Qi介绍了一种新的和改进的植物CRISPR 3.0系统，专注于基因激活而不是传统的基因编辑。 这个第三代CRISPR系统专注于多重基因激活，意味着它可以同时提升多个基因的功能。据研究人员说，这个系统拥有目前最先进的CRISPR技术的四到六倍的激活能力，显示出同时对多达七个基因的高精确度和效率。

虽然CRISPR更多的是以其基因编辑能力而闻名，它可以敲除不受欢迎的基因，但激活基因以获得功能对于为未来创造更好的植物和农作物是至关重要的。

“虽然我的实验室之前已经生产了同时进行基因编辑[多重编辑]的系统，但编辑主要是产生功能损失以改善作物，”研究人员解释说。“但是如果你想一想，这种策略是有限的，因为没有无尽的基因可以让你关闭，实际上仍然获得有价值的东西。从逻辑上讲，这是一种非常有限的方式来设计和培育更好的性状，而植物可能已经进化出不同的途径、防御机制和性状，只是需要一个提升。通过激活，你可以真正提升途径或增强现有能力，甚至实现一种新的功能。你可以利用基因组中已经存在的功能，加强你知道的有用的东西，而不是把东西关闭。”

在他的新论文中，研究团队在水稻、番茄和拟南芥中验证了CRISPR 3.0系统。该团队表明，你可以同时激活许多种基因，包括更快的开花，以加快育种过程。但这只是多重激活的众多优势之一。

“拥有一个更加精简的多重激活过程可以提供重大的突破。例如，我们期待着利用这项技术更有效和高效地筛选基因组，以寻找有助于应对气候变化和全球饥饿的基因。我们可以用这个新系统在更大范围内设计、定制和跟踪基因激活，以筛选出重要的基因，这将非常有利于植物的发现和转化科学。”

由于CRISPR通常被认为是可以切割DNA的“分子剪刀”，这个激活系统使用的是停用的CRISPR-Cas9，只能结合。由于没有切割的能力，该系统可以通过与DNA的某些片段结合，而专注于为感兴趣的特定基因招募激活蛋白。研究人员还测试了他的CRISPR-Cas9的SpRY变体，该变体极大地拓宽了可用于激活的目标范围，以及他最近的CRISPR-Cas12b系统的停用形式，以显示跨CRISPR系统的多功能性。这显示了为多重激活而扩展的巨大潜力，这可以改变基因组工程的工作方式。

“人们总是谈论个人如何具有潜力，如果你能培养和促进他们的天赋，”研究人员说。“这项技术让我感到兴奋，因为我们正在植物中推广同样的东西--你如何促进它们的潜力，帮助植物用它们的自然能力做得更多？这就是复用基因激活所能做到的，它给我们提供了这么多作物育种和改良的新机会。”