中国科学家开发新型基因编辑技术，实现植物基因组大片段精准编辑
中国科学家开发新型基因编辑技术，实现植物基因组大片段精准编辑
2025年1月13日，中国科学院遗传与发育生物学研究所王延鹏研究组与中国农业大学小麦研究中心科研人员合作，在植物基因组编辑领域取得重大突破。研究团队开发出一种名为DualPE的新型基因编辑技术，该技术能够在单子叶植物普通小麦及双子叶植物本氏烟草和番茄中实现染色体片段的无缝删除、替换和倒位，为农业生物育种提供了重要技术支持。
技术创新：实现大片段DNA精准编辑
DualPE技术的核心创新在于利用反向的3′DNA flaps，通过精确操控这两个3′DNA flaps的序列和配对方式，改变植物细胞内的DNA修复机制，从而实现精准的基因组编辑。这一技术突破解决了传统CRISPR/Cas9系统在大片段DNA操纵上的局限性，显著提高了编辑效率和精准度。
研究显示，该技术在小麦试验中展现了卓越的性能，编辑效率普遍高于传统模式，且其精准编辑的产物比例高达95.3%。例如，研究人员成功创建了能够在遗传水平上实现366.9kb乃至2Mb大片段精准删除的小麦突变体，展现了DualPE强大的编辑潜力。
广泛的应用前景：从单子叶到双子叶植物
DualPE技术不仅限于删除功能，其在大片段替换方面的表现同样令人惊叹。研究表明，该技术可将超过250kb的序列替换为90bp的外源片段。这一成就充分体现在对VRT-A2基因的内含子序列替换实验中，研究人员通过改进基因表达模式，最终实现了小麦穗部的显著增大。
精准倒位的应用
此外，DualPE技术在大片段DNA倒位上的应用也为植物基因组研究开辟了新的方向。通过精确的设计，不同长度的DNA片段可以成功实现倒位，且其精准度达到95%以上。这一创新性突破为改变基因表达模式、打破基因连锁提供了有效工具，推动了植物基因组工程的进步。
双子叶植物的突破性发展
在技术扩展上，针对双子叶植物在精准基因组编辑方面的不足，研究团队对DualPE在本氏烟草和番茄中的适用性进行了测试。结果显示，该系统在双子叶植物中的编辑效率同样出色，能够在本氏烟草中实现长达134.7kb的删除，以及在番茄中实现725bp至10kb的高效精准编辑，展现了DualPE广泛的应用潜力。
推动农业育种技术革新
为了促进这一技术的推广和应用，研究团队还开发了DualPE-Finder网页版设计工具，方便用户快速选取和设计适合的编辑策略。这一工具的推出将进一步降低技术应用门槛，加速其在农业育种中的普及。
综合以上研究成果，DualPE技术为植物基因组编辑提供了前所未有的工具，这不仅将推动植物育种技术的革新，也为未来合成生物学、植物新性状育成等领域开辟了可能性。随着研究的深入与技术的应用，将会有更多的农业问题得到解决，新的农作物品种也将逐步问世，为全球农业可持续发展贡献力量。
保障粮食安全的重要利器
这一技术突破对于保障国家粮食安全具有重要意义。通过精准编辑作物基因组，可以培育出具有更高产量、更强抗逆性和更好品质的农作物新品种，从而提高农业生产效率，减少农药使用，实现农业可持续发展。
然而，正如任何强大的技术一样，DualPE技术也引发了关于基因编辑安全性和伦理问题的讨论。如何在推动科技进步的同时确保生物安全，避免潜在风险，将是未来研究和应用中需要重点关注的问题。
总体而言，DualPE技术的问世标志着植物基因组编辑进入了一个新的时代。随着研究的深入与技术的应用，将会有更多的农业问题得到解决，新的农作物品种也将逐步问世，为全球农业可持续发展贡献力量。