近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）聯(lián)合崖州灣國家實驗室和中國水稻研究所等單位在《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》（IF：13.8）雜志上在線發(fā)表了題為“Programmable RNA N6-methyladenosine editing with CRISPR/dCas13a in plants” 的研究論文，開發(fā)出基于CRISPR/dCas13a的新型植物RNA甲基化編輯工具。

N6-腺苷酸甲基化（m6A）是動植物mRNA上豐度最高的一種化學(xué)修飾類型，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)m6A修飾廣泛地參與多種表觀遺傳調(diào)控過程，包括影響mRNA剪接、翻譯、出核、胞質(zhì)定位和mRNA的穩(wěn)定性，在植物胚胎發(fā)生、干細胞命運決定、晝夜節(jié)律、葉片形態(tài)、硝酸鹽信號、果實成熟和配子體發(fā)育等方面發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用，m6A表觀遺傳學(xué)已成為當前最前沿的研究領(lǐng)域之一。然而，在植物中尚未有方法可以特異性操縱基因上的m6A修飾水平，這嚴重制約了植物中m6A修飾的功能研究。

圖1 | RNA甲基化編輯工具示意圖和SHR甲基化編輯植株相關(guān)表型

借助于CRISPR/Cas13a系統(tǒng)特異性識別并結(jié)合RNA的功能，該研究將植物RNA甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體核心功能域MTA-MTB與無切割活性的dead Cas13a（dCas13a）融合，構(gòu)建出RNA甲基化編輯工具，通過將RNA去甲基化酶ALKBH5與dCas13a融合，獲得RNA去甲基化編輯工具（圖1）。接下來，分別在煙草和擬南芥中，通過對特定基因轉(zhuǎn)錄本進行靶向m6A編輯，證明了該工具對靶標基因mRNA有很好的m6A位點甲基化和去甲基化的編輯功能。進一步，通過特異性編輯根發(fā)育關(guān)鍵基因SHR轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)SHR轉(zhuǎn)錄本m6A修飾水平的提高可促進植株地上部和根部增大，使葉面積、株高、生物量和籽粒產(chǎn)量等增加，從而促進植物生長（圖1）。通過對編輯SHR植株進行甲基化測序（MeRIP-seq）分析，進一步證明了該編輯工具有較好的編輯特異性和較低的脫靶效應(yīng)。綜上，該研究設(shè)計并在植物中驗證了基于CRISPR/Cas13a系統(tǒng)的m6A編輯工具，實現(xiàn)了對特定基因m6A位點進行甲基化和去甲基化編輯，可廣泛應(yīng)用于m6A修飾的相關(guān)功能研究。此外，該研究首次發(fā)現(xiàn)操縱關(guān)鍵發(fā)育基因的m6A修飾水平可調(diào)控植株表型、改良植物相關(guān)性狀，這在未來的作物基因編輯育種中也具有潛在的重要應(yīng)用價值。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所商連光研究員、崖州灣國家實驗室錢前院士和基因組所費啟立研究員為論文的共同通訊作者。基因組所助理研究員施傳琳、博士后鄒文莉、劉相培和張泓為論文共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心、深圳市大鵬新區(qū)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金、中國博士后基金和中國農(nóng)科院青年創(chuàng)新專項資金資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.14307