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        FLICK-PE系統(tǒng)：雙鏈切口策略大幅提升雙子葉植物引導(dǎo)編輯效率并創(chuàng)制草甘膦抗性大豆
        
		
        
		
        《Nature Communications》：A flanking-nicks prime editor (FLICK-PE) system to boost prime editing in dicots
        
        
        
            
            【字體：
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            時(shí)間：2025年12月05日
            來(lái)源：Nature Communications 15.7
        
        
        
        
        
        
        	
        
            	
        編輯推薦：
        
                
        
                　　本研究針對(duì)引導(dǎo)編輯（Prime Editing, PE）在雙子葉植物中效率低下的難題，開發(fā)了側(cè)翼雙切口引導(dǎo)編輯系統(tǒng)（FLICK-PE）。該系統(tǒng)通過在同一條非編輯鏈上引入兩個(gè)側(cè)翼切口，定向調(diào)控DNA錯(cuò)配修復(fù)（MMR）路徑，使大豆和煙草的精準(zhǔn)編輯效率較PE2提升15.7倍，較PE3提升2.2倍。研究成功在大豆EPSPS1a基因引入TAP-IVS三重氨基酸突變，獲得可穩(wěn)定遺傳的草甘膦抗性種質(zhì)，為雙子葉作物精準(zhǔn)育種提供了高效工具。
                
        
				
        
					
        
				
        
            
        
            
			
        
        
        
        
        　　
        在精準(zhǔn)育種技術(shù)飛速發(fā)展的今天，引導(dǎo)編輯（Prime Editing, PE）作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)堿基替換、插入和刪除的基因編輯工具，為作物改良帶來(lái)了革命性潛力。然而，這一技術(shù)在單子葉作物（如水稻）中已取得顯著進(jìn)展，卻在雙子葉植物（如大豆、煙草）中面臨效率低下的瓶頸。盡管研究者通過優(yōu)化編輯器表達(dá)、增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率等策略不斷嘗試，可遺傳的PE編輯在雙子葉植物中仍難以實(shí)現(xiàn)。這一困境嚴(yán)重制約了PE技術(shù)在重要經(jīng)濟(jì)作物中的應(yīng)用。
        

        為突破這一限制，廣州大學(xué)關(guān)岳鋒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研單位，在《Nature Communications》發(fā)表了題為“A flanking-nicks prime editor (FLICK-PE) system to boost prime editing in dicots”的研究。團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)性優(yōu)化PE組件并創(chuàng)新性引入側(cè)翼雙切口策略，成功將大豆的PE效率提升至可穩(wěn)定遺傳的水平，并創(chuàng)制出草甘膦抗性新種質(zhì)。
        

        研究主要采用以下方法：首先通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的大豆發(fā)根轉(zhuǎn)化系統(tǒng)快速篩選高效PE工具；利用Hi-TOM高通量測(cè)序技術(shù)精準(zhǔn)量化編輯效率；通過穩(wěn)定轉(zhuǎn)化大豆品種“華春6號(hào)”和煙草驗(yàn)證FLICK-PE的遺傳性；針對(duì)EPSPS1a等靶點(diǎn)設(shè)計(jì)pegRNA和切口sgRNA，并評(píng)估脫靶效應(yīng)。
        

        常規(guī)PE優(yōu)化策略在大豆中效率低下

        研究團(tuán)隊(duì)首先測(cè)試了5種不同組合的PE工具（SoyPE-V1至V5），包括優(yōu)化啟動(dòng)子（如proM4、proUBQ3）、使用增強(qiáng)型nCas9-MMLV PEmax編輯器等策略。然而，在7個(gè)靶點(diǎn)的大豆發(fā)根實(shí)驗(yàn)中，最高編輯效率僅達(dá)19.52%，且穩(wěn)定轉(zhuǎn)化后無(wú)法獲得可遺傳編輯事件。即使聯(lián)合表達(dá)人源RNA去甲基化酶hFTO（SoyPE-V6），編輯效率仍低于20%，表明常規(guī)優(yōu)化策略不足以解決雙子葉植物PE效率瓶頸。
        

        切口sgRNA顯著提升大豆PE效率

        團(tuán)隊(duì)提出假設(shè)：大豆PE效率低下可能與DNA修復(fù)機(jī)制更傾向于保留非編輯鏈有關(guān)。通過引入PE3策略（在非編輯鏈添加切口sgRNA），發(fā)現(xiàn)在40–70 bp下游設(shè)計(jì)切口時(shí)，編輯效率較PE2提升4.7–11.8倍，最高效率達(dá)79%。而編輯鏈切口（PE-ESnick）策略效果有限，證實(shí)非編輯鏈的調(diào)控是關(guān)鍵。
        

        

        FLICK-PE通過雙切口策略實(shí)現(xiàn)高效編輯

        基于PE3的成功，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)FLICK-PE系統(tǒng)，在非編輯鏈靶點(diǎn)兩側(cè)各引入一個(gè)切口sgRNA。與PE3相比，F(xiàn)LICK-PE在大豆發(fā)根中的平均編輯效率提升2.2倍（最高35.8倍），有效編輯效率（編輯占比>20%）達(dá)21%。此外，抑制MMR通路基因GmMLH1可提升PE2/PE3效率，但對(duì)FLICK-PE無(wú)顯著增益，表明雙切口已最大程度克服MMR抑制作用。
        

        

        FLICK-PE在大豆穩(wěn)定轉(zhuǎn)化中驗(yàn)證有效性

        在穩(wěn)定轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)LICK-PE在3個(gè)靶點(diǎn)（EPSPS1a等）的有效編輯效率為11.1%–21.1%，顯著高于PE3（3.1%–8.7%）。通過引入EPSPS1a基因的TAP-IVS突變，成功獲得可遺傳的草甘膦抗性大豆株系，田間試驗(yàn)顯示其在高濃度草甘膦處理下仍保持正常育性。
        

        

        FLICK-PE在煙草中展現(xiàn)普適性

        煙草瞬時(shí)轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了FLICK-PE的廣適性。在4個(gè)靶點(diǎn)中，F(xiàn)LICK-PE較PE2和PE3分別平均提升8.15倍和1.49倍編輯效率，其中ALS1基因的W504L突變效率達(dá)19.4%，證實(shí)該系統(tǒng)在雙子葉植物中具有廣泛適用性。
        

        結(jié)論與展望

        本研究開發(fā)的FLICK-PE系統(tǒng)通過側(cè)翼雙切口策略定向調(diào)控MMR通路，突破了雙子葉植物PE效率瓶頸。該技術(shù)不僅為大豆、煙草等作物的精準(zhǔn)育種提供了高效工具，也為理解植物DNA修復(fù)機(jī)制提供了新視角。未來(lái)，F(xiàn)LICK-PE可與雙pegRNA策略、病毒載體遞送等技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步拓展其在作物改良中的應(yīng)用潛力。
        
        
        
		
        
        
        	
          
        		
        	
        
        
        

		
        
		
        

        
        
        	
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