无外源基因整合的基因组编辑技术：Transgene-free基因组编辑

无外源基因整合的基因组编辑技术：Transgene-free基因组编辑

随着基因编辑技术的不断发展，Transgene-free基因组编辑技术作为一种在不引入外源基因的情况下对植物基因组进行精确修饰的技术，逐渐成为植物育种领域的研究热点。这种技术能够产生非转基因的基因组编辑植物，消除了基因编辑载体整合到基因组中带来的风险，这很大程度上缓解了公众对基因编辑产品在环境和食品安全方面的担忧与顾虑。

技术原理

整合外源DNA植物被认定为转基因植物，在生物安全和品种审定方面受到相关法律法规的严格管控，给基因组编辑作物的商业化进程带来巨大的阻力。Transgene-free或DNA-free基因组编辑技术是一种在不引入外源基因的情况下对植物基因组进行精确修饰的技术，能够产生非转基因的基因组编辑植物，消除了基因编辑载体整合到基因组中带来的风险，这很大程度上缓解了公众对基因编辑产品在环境和食品安全方面的担忧与顾虑。

DNA-free植物基因组编辑技术包括瞬时表达CRISPR/Cas9 DNA、CRISPR/Cas9 RNA以及预先组装好的Cas9蛋白-sgRNA核糖核蛋白复合物（Ribonucleoprotein, RNP）。DNA-free技术可以避免外源DNA与基因组的整合，减少脱靶效应，避免用杂交或回交来分离CRISPR/Cas9嵌合体。

图 瞬时CRlSPR/Cas9 DNA基因编辑技术（Zhang et al., 2016）

图 利用CRISPR-Cas9 RNA或RNP对植物进行DNA-free基因组编辑（Yin et al., 2017）

应用场景

1. 在不引入外源基因的情况下，通过敲除或敲入特定基因，研究其在植物生长发育中的功能；
2. 可快速获得具有特定遗传改良的植物品种，加速育种过程；
3. 对于难以通过传统转基因方法进行编辑的多年生作物，比如果树、林木类，Transgene-free基因组编辑技术提供了一种有效的基因编辑手段；
4. 由于转基因作物有严格的法规限制，Transgene-free基因组编辑技术可以避免这些法律法规的限制，适用于商业化物种的应用和推广。

技术优势

1. 利用不同类型自主优化的高效编辑工具和高通量基因型鉴定平台，可以实现包括“高GC”、“高TA”和“高同源”等类型的基因组序列编辑和基因型检测。
2. 从靶点设计、基因型鉴定、繁种、到非转基因编辑植株鉴定的一站式服务。
3. 载体资源丰富，根据研究的物种、靶序列，均有对应经多次编辑效率测试后的最优原始载体骨架推荐，也可针对其他需求的基因编辑载体进行个性化定制服务；
4. 基因编辑载体库中有多种真核筛选标记（可选潮霉素、Basta或G418进行筛选）的原始载体，可满足不同的实验需求；
5. 载体均为双元载体，可直接应用于后期单子叶和双子叶遗传转化；
6. 可以与其他相关服务衔接，整个实验可以畅通且快速地完成。

应用案例

期刊：PLANT COMMUNICATIONS
影响因子：9.4
发表时间：2024

研究背景：
目前，通过基因编辑获得的T0代植株，需要在T1代进行鉴定，从而筛选出非转基因的植株。因此，如果能在T0代获得无转基因的编辑植株，对于加快育种进程和品种定向改良具有重要研究意义。

研究结果：
研究人员利用基因编辑技术精准编辑OsALS-W548M来获得对啶磺草胺除草剂的抗性。在愈伤组织的筛选过程中，使用仅含有啶磺草胺除草剂的培养基来筛选抗性愈伤并进行再生培养，成功地在T0代得到了非转基因且纯合编辑的水稻植株。研究结果为作物的快速改良开辟了新路径，同时为基因编辑技术在其他多年生作物中的应用及优化提供了新思路。

图 无转基因T0代水稻

参考文献：
Lu Y, Naren T, Qiao D, et al. One-step generation of prime-edited transgene-free rice[J].Plant communications, 2024: 101227.