帶有內含子的Cas12a系統顯著增強植物基因編輯效率

快報摘要 - Wrap Up

科｜技｜突｜破

Science Breakthrough

PBJ：帶有內含子的Cas12a系統顯著增強植物基因編輯效率｜

基因編輯

Cell：基於大量病毒的CRISPR系統並挖掘更小更高效Cas酶｜

基因編輯

PNAS：古柯植物託烷生物鹼合成確實步驟確定｜

合成生物

Angew：高度相容光碟機動合成群落用於負碳生物合成｜

光碟機動合成

IJBM：利用生物基奈米複合凝膠防控真菌病害｜

生物基新材料

PNAS：利用擬南芥首次鑑定植物超級增強子｜

功能基因

01 科｜技｜突｜破

PBJ：帶有內含子的Cas12a系統顯著增強植物基因編輯效率｜基因編輯

CRISPR/Cas12a系統

可用於多種生物體中，但由於植物培養所需溫度較低，會對Cas12a的高效編輯產生一定程度影響。德國卡爾斯魯厄理工學院植物研究所團隊將10個擬南芥中的短內含子引入ttLbCas12a的編碼序列中，構建了包含內含子的ttLbCas12a變體（ttLbCas12a-i），旨在

增強基因編輯和基因靶向效率

。研究人員認為ttLbCas12a-i使一些難以編輯的位點變得可編輯是由於細胞中存在更大量的核酸酶。這種表達增強是不依賴於啟動子的，可以使ttLbCas12a-i成為植物界的一種有價值的新工具，該工具在多基因編輯等方面是有發展前景的。此外，ttLbCas12a-i的使用還能提高對培養溫度有要求的生物的基因編輯效率。

原文連結：

https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/abs/10。1111/pbi。13964

Cell：基於大量病毒的CRISPR系統並挖掘更小更高效Cas酶｜基因編輯

基因組編輯工具CRISPR-Cas是自然界中廣泛存在的一類免疫系統，40%的細菌和85%的古菌具有CRISPR-Cas系統，然而目前對於噬菌體進化出自己的 CRISPR-Cas系統還缺少系統性研究。諾獎得主及CRISPR基因編輯先驅Jennifer Doudna等人透過基因組解析宏基因組學對來自自然界、人類和動物的微生物組進行分析，全面研究

噬菌體中的CRISPR-Cas系統

，發現了大約

6000種

具有CRISPR-Cas系統的噬菌體，涵蓋所有已知的六種CRSIPR-Cas系統型別（Ⅰ-Ⅵ型，例如Cas9屬於Ⅱ型，Cas12屬於Ⅴ型，Cas13屬於Ⅵ型）。其中一些來自噬菌體的Casλ酶（屬於Ⅴ型，僅700多個氨基酸大小）能夠編輯植物和人類細胞基因組，並且兼顧小型化和高編輯效率的優點，新發現的一些 Casλ酶可以用來編輯擬南芥、小麥，以及人類細胞的基因組。該研究在發現CRISPR-Cas系統的巨大多樣性方面邁出重要一步。

原文連結：

https：//doi。org/10。1016/j。cell。2022。10。020

PNAS：古柯植物託烷生物鹼合成確實步驟確定｜合成生物

託烷生物鹼

分佈於開花植物中，是存在於多種植物的天然成分。德州理工大學生物化學系助理教授JohnD‘Auria 研究團隊聯合斯坦福大學Christina Smolke教授團隊研究並確定了

古柯中託烷生物鹼生物合成

的最後剩餘步驟。此前JohnD’Auria團隊一直致力於闡明古柯衍生的託烷途徑，併成功研究古柯中可卡因和其他相關託烷生物鹼合成的幾個關鍵步驟。本研究雙方利用酵母中基因操作的倍增能力來測試古柯植物託烷生物鹼合成途徑中缺失步驟的許多不同候選基因，結果表明在開花植物的進化過程中託烷生物合成至少獨立進化了兩次。該研究為合成生物學家提供了多種工具，並在從未產生過託烷生物鹼的生物體中設計託烷生物鹼途徑。

原文連結：

DOI： 10。1073/pnas。2215372119

Angew：高度相容光碟機動合成群落用於負碳生物合成｜光碟機動合成

以

光合微生物

為底盤的

光碟機動合成生物學

，以其能夠直接利用CO

2

來生產物質而成為一種新興的“負碳”製造模式。上海交通大學倪俊團隊在光碟機動合成生物學取得新進展，成功開發構建了一種由“

CO2封存模組

”（工程藍細菌）和“

高適配模組

”（工程需鈉弧菌）組成的高度相容的光碟機動合成群落。隨後對該系統的整合組學研究發現：光合微生物的光合電子傳遞效率得到了增強，且細胞外囊泡可能促進了微生物細胞間的通訊。團隊還成功利用該體系負碳合成多種化學品，每生產1kg終產品將能夠吸收22。27～606。59 kg

CO

2

。該研究有望幫助生物製造產業擺脫糖基原料的依賴助力碳中和，併為光碟機動合成群落的理性設計和可持續發展提供了新的思路。

原文連結：

https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/abs/10。1002/anie。202215013

IJBM：利用生物基奈米複合凝膠防控真菌病害｜生物基新材料

將銅顆粒在奈米凝膠中原位製備能夠克服其懸浮穩定性對

抗病效能

的影響，西南大學植保學院孫現超教授團隊曾成功製備一系列對菸草野火病、菸草病毒病病害防治效能良好的

奈米顆粒複合奈米凝膠

。在此基礎上孫現超教授課題組透過將生物基多肽修飾於此種凝膠表面，成功製備了

低銅高效抗真菌複合奈米凝膠

。該凝膠可潛在應用於菸草赤星病、番茄灰黴病、菸草靶斑病等的田間防治，較其他銅奈米顆粒生產成本低廉，有效補充了現有農田病害防治手段，對田間農藥減施增效，病害綠色防治具有重要意義。

原文連結：

https：//www。sciencedirect。com/science/article/abs/pii/S0141813022026307

PNAS：利用擬南芥首次鑑定植物超級增強子｜功能基因

增強子透過結合轉錄因子和輔助因子作用於對應的啟動子上從而增強基因表達效率。

超級增強子

具有更高的轉錄啟用相關組蛋白修飾，調控基因轉錄能力更強，但是植物超級增強子研究一直處於空白。美國密歇根州立大學蔣繼明團隊、中科院孟凡立團隊和英國約翰英納斯中心Anne Osbourn團隊合作在植物中

首次定位和鑑定植物超級增強子

，將超級增強子概念引入植物研究領域。團隊利用

擬南芥DNase I超敏感位點測序資料

，鑑定到749個候選超級增強子，最小的長度為1。5Kb。

超級增強子所在基因組區域比其他啟動子染色體開放區域對DNase I更敏感。SEs及其預測靶基因與擬南芥器官和組織發育密切相關。這些研究結果證明擬南芥超級增強子與哺乳動物超級增強子具有相同的功能特徵。研究結果表明超級增強子在擬南芥組織發育特性相關基因表達和類操縱子基因簇基因共表達中發揮著重要作用。

原文連結：

www。pnas。org/doi/10。1073/pnas。2215328119