Plant J|植物基因组编辑: 越来越精确和广泛

由靶向诱变和基因靶向组成的基因组编辑技术使我们能够快速，准确地修饰目标基因。  CRISPR / Cas9系统在2012年的发现及其作为序列特异性核酸酶的发展带来了生物学的范式转变。 最初，将CRISPR / Cas9应用于靶向诱变以敲除靶基因。 此后，使用CRISPR / Cas9进行基因组编辑技术的进展迅速发展，2016年和2017年分别报告了使用Cas9切口酶和胞苷或腺苷脱氨酶组合进行过渡取代的基础编辑系统，并于2021年晚些时候报道了 使用Cas9切口酶，胞苷脱氨酶和尿嘧啶DNA糖基化酶进行颠换替换。 此外，近年来还开发了使用DNA或RNA作为供体的基因靶向和主要编辑系统的技术。 除了这些精确的基因组编辑策略外，最近还发表了使用CRISPR / Cas9成功进行染色体工程的报道。 与这些技术的发展同时，基因组编辑在作物育种中的应用也得到了发展。 可以将基因组编辑酶引入植物细胞，现在有许多使用基因组编辑技术进行农作物育种的例子。 目前，可以毫不夸张地说，我们现在能够精确地修饰基因并以预测的方式重新排列基因组和染色体。 在这篇综述中，我们介绍和讨论植物中精确基因编辑，染色体工程和基因组工程技术领域的最新进展。

图 1 设计作物育种方案

近年来，基因组编辑技术得到了迅速发展，并已应用于植物。 基因组编辑工具的研究和开发以及通过基因组编辑的植物改良正在快速发展。 这个过程的关键是CRISPR / Cas系统的设计，特别是选择可以在目标基因座处有效诱导DNA DSB的目标序列，以确保基因组编辑。 因此，能够通过CRISPR / Cas介导的靶向诱变和碱基编辑来预测靶基因座的突变频率和突变谱非常有用。 通过CRISPR / Cas产生的突变频率和偏好取决于gRNA序列特征，靶基因座处的遗传和表观遗传特征以及gRNA的能量特性; 通过大数据分析已经建立了许多预测系统，并且已经在人类细胞中开发了机器学习（Liu等人，2020年）。 诸如sgRNACNN的植物预测系统（Niu等人，2021年）将是有用的。

关注植物改良，基因组序列的设计与所使用的基因组编辑技术一样重要。 当表观遗传调控靶基因时，可能不仅需要修饰基因组序列，而且还需要修饰DNA和组蛋白修饰以及染色质结构，以生产所需的农作物。 此外，还应该开发用于高效SSN传递以及随后选择基因组编辑的细胞和植物的系统。 基因组设计和基因组编辑技术的发展以及针对目标品种的高效SSN递送系统的结合将有助于加速名优作物的育种（图1）。

https://doi.org/10.1111/tpj.15233

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