Page 78 - 《广西植物》2021年第10期

ϟ ᤃ ጢ ऐ 广জ 西জ 植জ 物 ࿗ϟ 卷
利用 ቝᔽᡷᆍ᥋ዹఋዶᓂጶશ 和 ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 线粒体基因编辑
技术对 ାఋዶ 中的线粒体基因 ᅳʗஏᎮँ 和 ୩ۼϟऐ 中的
线粒体基因 ᅳʗஏϟ԰ጢ 进行基因编辑ྉ ᣽ᑕझᑕቝᑕ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ
԰ԡϟँɯᤥ 该研究结果显示ᖔ被成功敲除 ऊᥘ୩ 基因
的株 系花粉恢复了育性ᗵᗵᗵ自交产生了 种 子
ྉ᣽ᑕझᑕቝᑕ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡϟँɯᤥ 这是对植物线粒体基因组
稳定和可遗传靶向基因修饰的首次报道ᖔ是植物
线粒体基因组编辑的重要突破性研究进展ᖔ具有
重要意义ྉዶʢᔽቝࣼʢᑕ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ 随后ᖔ该团队又
在 ԰ԡ԰ԡ 年利用 ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 技术分别对拟南芥线
粒体基因组中 ዶఋ۪ 合成酶亚基 ᤃ 基因ᗵᐹᡙᡓᤃ᤬ϟ 和
ᐹᡙᡓᤃ᤬԰ 进行了基因编辑ᖔ这两个基因分别被成功删
除ᖔ验证了 ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 技术在植物线粒体基因编
辑 中应用的广泛性ᤥ 作者同时也比较了
ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 和 ቝᔽᡷᆍ᥋ዹఋዶᓂጶશ 两种技术对线粒体基
因的编辑效果ᖔ研究表明ᖔቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 的编辑效率
更好ྉዶʢᔽቝࣼʢᑕ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ
ᇺॹԣ ᦵʐࣷଧጛ໧ 介导的线粒体基因编辑
上述两种编辑技术都能够进入线粒体发挥基
因编辑的作用ᖔ但不能引起 ቝᡷ᧕શዶ 中特定核苷酸
的变化ᖔ这些系统是通过将携带的突变 ቝᡷ᧕શዶ 直
接降解来消除突变ᖔ会使得 ቝᡷ᧕શዶ 拷贝数降低ᖔ而
ዛ঎ ԻèϟܦԻè԰ 和 Իèሕ 表示锌指 ᧕શዶ 结合域中的 ሕ 个独立的 线粒体拷贝数的降低可能会在实际疾病治疗中带
锌指结 构ᖔ每个锌指结构能识 别 ᧕શዶ 序列上 ሕ 个碱基 来更多的风险ᤥ ԰ԡ԰ԡ 年ᖔ哈佛大学 ᧕ᑕ׹ᔽʛ ኏঎ ᓂᔽࣼ 团
ྉ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ 锌指 ᧕શዶ 结合结构域与 èᆍҴ᧧ 内切酶的剪 队利用一种细菌胞嘧啶脱氨酶毒素ᗵᗵᗵ᧕ʛʛዶ 分
切结构域融合构成 Իèશ༁ྉ ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ ଧ঎ఋዶᓂጶશ༁ 系统
开的两部分与 ఋዶᓂጶ 阵列蛋白和尿嘧啶糖基化酶
是由 શ 端的核定位信号ܦ中间的可识别并结合特异性 ᧕શዶ
序列的 ఋዶᓂጶ 串联重复ྉ如 ା 图中 શ 端和 ऊ 端中间的序列 抑制剂ྉВ᥈᧧ɯ 融合产生了无 ኏શዶྉ 无 ऊ኏᧧୩۪኏ɯ 的
块ᖔ每个彩色的序列块代表一个重复序列ᖔ识别 ᧕શዶ 序列 ᧕ʛʛዶ 衍 生 的胞嘧啶碱基编辑器 ྉ ᧕ʛʛዶ᥋ʛᔀʢᔽ׹ᔀʛ
上的 ϟ 个碱基ɯᖔ以及 ऊ 端 èᆍҴ᧧ 核酸组成ྉ ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ
ዹᢃᡷᆍ༁ᔽႿᔀ ᤦᑕ༁ᔀ ᔀʛᔽᡷᆍʢᖔ ᧕ʛऊାጶ ɯᖔ 实现了催化 人
ࣷ঎ऊ኏᧧୩۪኏ᣰ ऊᑕ༁ँ 系统主要包括 ऊᑕ༁ँ 蛋白 ྉ 红色部 分ɯܦ
ቝᡷ᧕શዶ 中ऊኼ᥈᥋ఋኼዶ的转换ᖔ具有高的靶标特异
༁੫኏શዶ 和 ۪ዶᥘྉશ᥈᥈ɯ序列ྉ᥈ᑕᆍᖔ ԰ԡ԰ϟɯᤥ
ዛ঎ Իèϟᖔ Իè԰ ᑕႿʛ Իèሕ ʢᔀᡱʢᔀ༁ᔀႿᡷ ᡷၤʢᔀᔀ ᔽႿʛᔀᡱᔀႿʛᔀႿᡷ झᔽႿዹ ஦ᔽႿ੫ᔀʢ 性和产物纯度ྉ ᥘᆍҴ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ 研究者使用
༁ᡷʢࣼዹᡷࣼʢᔀ༁ ᔽႿ ᡷၤᔀ ᧕શዶ᥋ᤦᔽႿʛᔽႿ੫ ʛᆍቝᑕᔽႿ঎ ጶᑕዹၤ झᔽႿዹ ஦ᔽႿ੫ᔀʢ ༁ᡷʢࣼዹᡷࣼʢᔀ ᧕ʛऊାጶ༁ 来模拟人类细胞中与疾病相关的 ቝᡷ᧕શዶ
ዹᑕႿ ʢᔀዹᆍ੫Ⴟᔽझᔀ ᡷၤʢᔀᔀ ᤦᑕ༁ᔀ༁ ᆍႿ ᡷၤᔀ ᧕શዶ ༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀ ྉ ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ
突变ᖔ导致呼吸速率和氧化磷酸化的变化ྉ ᥘᆍҴ ᔀᡷ
԰ԡ԰ԡɯ঎ Իèશ༁ ᔽ༁ ஦ᆍʢቝᔀʛ ᤦᢃ ᡷၤᔀ ஦ࣼ༁ᔽᆍႿ ᆍ஦ झᔽႿዹ ஦ᔽႿ੫ᔀʢ ᧕શዶ᥋ᤦᔽႿʛᔽႿ੫
ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ 无 ऊ኏᧧୩۪኏ 的 ᧕ʛऊାጶ༁ 可以精确地操
ʛᆍቝᑕᔽႿ ᑕႿʛ èᆍҴ᧧ ᔀႿʛᆍႿࣼዹ᤟ᔀᑕ༁ᔀ ʛᆍቝᑕᔽႿ ྉ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ ԰ԡ԰ԡɯ঎ ଧ঎ఋၤᔀ
ఋዶᓂጶશ༁ ༁ᢃ༁ᡷᔀቝ ዹᆍႿ༁ᔽ༁ᡷ༁ ᆍ஦ Ⴟࣼዹ᤟ᔀᑕʢ ᤟ᆍዹᑕ᤟ᔽझᑕᡷᔽᆍႿ ༁ᔽ੫Ⴟᑕ᤟ ᑕᡷ ᡷၤᔀ શ᥋ 纵 ቝᡷ᧕શዶᖔ而不是通过靶向核酸酶切割 ቝᡷ᧕શዶ 来
ᡷᔀʢቝᔽႿᑕ᤟ᖔ ఋዶᓂጶ ᡷᑕႿʛᔀቝ ʢᔀᡱᔀᑕᡷ༁ ᔽႿ ᡷၤᔀ ቝᔽʛʛ᤟ᔀ ᡷၤᑕᡷ ዹᑕႿ ʢᔀዹᆍ੫Ⴟᔽझᔀ 消除 ቝᡷ᧕શዶ 拷贝ᖔ这对线粒体疾病的研究和潜在
ᑕႿʛ ᤦᔽႿʛ ༁ᡱᔀዹᔽ஦ᔽዹ ᧕શዶ ༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀ༁ ྉ༁ࣼዹၤ ᑕ༁ ᡷၤᔀ ༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀ ᤦ᤟ᆍዹҴ༁
的治疗具有广泛的意义ᤥ
ᤦᔀᡷऔᔀᔀႿ ᡷၤᔀ શ᥋ᡷᔀʢቝᔽႿᑕ᤟ ᑕႿʛ ऊ᥋ᡷᔀʢቝᔽႿᑕ᤟ᖔ औၤᔀʢᔀ ᔀᑕዹၤ ዹᆍ᤟ᆍʢᔀʛ
᧕ʛʛዶ 是 ୩ऊ۪ϟ঎԰ԡϟ᥋᤟ᔽҴᔀ 家族的一种细菌脱氨
༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀ ᤦ᤟ᆍዹҴ ʢᔀᡱʢᔀ༁ᔀႿᡷ༁ ᑕ ʢᔀᡱᔀᑕᡷ ᑕႿʛ ᔽʛᔀႿᡷᔽ஦ᔽᔀ༁ ᆍႿᔀ ᤦᑕ༁ᔀ ᆍႿ ᡷၤᔀ
酶毒素ᖔ优先作用于 ʛ༁᧕શዶᖔ因此被命名为双链
᧕શዶ ༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀɯᖔ ᑕႿʛ ᡷၤᔀ ऊ᥋ᡷᔀʢቝᔽႿᑕ᤟ èᆍҴ᧧ Ⴟࣼዹ᤟ᔀᔽዹ ᑕዹᔽʛ ྉ᣽ၤᑕ᤟ᔽ᤟ᖔ
԰ԡ԰ԡɯ঎ ࣷ঎ ఋၤᔀ ऊ኏᧧୩۪኏ᣰ ऊᑕ༁ँ ༁ᢃ༁ᡷᔀቝ ቝᑕᔽႿ᤟ᢃ ዹᆍႿ༁ᔽ༁ᡷ༁ ᆍ஦ ऊᑕ༁ँ
᧕શዶ 脱氨酶毒素 ዶᖔ或 ᧕ʛʛዶྉ ᥘᆍҴ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ
ᡱʢᆍᡷᔀᔽႿ ྉ ʢᔀʛɯᖔ ༁੫኏શዶ ᑕႿʛ ۪ዶᥘ ྉ શ᥈᥈ɯ ༁ᔀीࣼᔀႿዹᔀ༁ ྉ ᥈ᑕᆍᖔ
᧕ʛʛዶ 含有一个毒性结构域 ᧕ʛʛዶ ᖔ完整地表达
԰ԡ԰ϟɯ঎ ᡷᆍ଴
᧕ʛʛዶ 蛋白对人体细胞有毒害作用ᖔ为了避免这种
图 ԰জ 三种基因编辑技术原理图ྉऊၤᑕʢ ᪲ ɟᑕႿ੫ᖔ ԰ԡ԰ԡɯ
毒性ᖔ研究者将蛋白质分成两个不活跃的部分ᖔ这
èᔽ੫঎ ԰জ ୩ዹၤᔀቝᑕᡷᔽዹ ʛᔽᑕ੫ʢᑕቝ ᆍ஦ ᡷၤʢᔀᔀ ੫ᔀႿᔀ ᔀʛᔽᡷᔽႿ੫
两部分只有在相邻的目标 ᧕શዶ 上组装时才能重
ᡷᔀዹၤႿᔽीࣼᔀ༁ ྉऊၤᑕʢ ᪲ ɟᑕႿ੫ᖔ ԰ԡ԰ԡɯ
新形成脱氨活性ᖔ类似于在 Իèશ༁ 和 ఋዶᓂጶશ༁ 中组
装 èᆍҴ᧧ 单体来重新形成 ʛ༁᧕શዶ 核酸酶活性ྉᥘᆍҴ
时以水稻 ାᆍʢᆍఋᑕᔽዹၤࣼႿ੫ 型 ऊᥘ୩ 材料ྉାఋዶɯ 和油菜 ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡɯᤥ 为了利用 ᧕ʛʛዶ 的脱氨酶作用实现
᣽ᆍ༁ᔀႿᑕ 型 ऊᥘ୩ 材料ྉ୩ۼϟऐɯ 作为研究对象ᖔ分别 线粒体基因组的精准编辑ᖔ 研究者将分开的 ᧕ʛʛዶ