8日，記者從中國科學院分子植物科學卓越創新中心獲悉，該中心研究人員采用修飾后的DNA片段作為供體，在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換方法，該方法的靶向敲入效率可達47.3%，將極大地方便植物研究和育種。相關研究成果在線發表于《自然·生物技術》雜志上。
近年來，CRISPR/Cas介導的植物基因組定點編輯技術在農作物基因功能研究和精準育種中發揮了重要作用，展現了廣闊的發展潛力和應用前景。然而，CRISPR/Cas介導的植物基因組定點敲除方法只能在基因組特定位點產生隨機插入和刪除，精準的片段插入和替換的效率一直很低，限制了其在植物研究和育種上的應用。“當前，迫切需要建立更高效的植物基因組片段插入和替換方法體系。”論文通訊作者、中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員朱健康說。
研究人員發現，將供體片段同時進行硫代修飾和磷酸化修飾后，能夠有效提高靶向敲入效率。“我們先后在各類T0代基因編輯水稻的14個基因位點上靶向敲入了各類DNA片段，比如翻譯增強子、轉錄調控元件以及啟動子。”朱健康說，通過對1393株編輯后植株的分析發現，該方法的敲入效率最高可達47.3%，平均為25%。新方法甚至可以同時在4個位點上實現多基因靶向敲入。
在此基礎上，研究人員又提出了一種重復片段介導的同源重組方法。采用該方法，研究人員在5個基因位點上實現了片段替換和原位標簽蛋白的精準融合，效率最高可達11.4%。
朱健康表示，片段靶向敲入和替換方法的建立將使靶向敲入成為一項與靶向敲除一樣的常規試驗，并推進農作物定向遺傳改良的進程。