开发高效碱基编辑器定向进化GhTFL1基因创制理想

　　开发高效碱基编辑器定向进化GhTFL1基因创制理想株型棉花

　　漫长的作物人工选育过程中，人类通过人工选择的方式定向选育具有优良性状的基因突变株。然而，基因的自然变异速率低，无法满足当今人类社会发展对农作物的需求。植物的定向进化(Directed Evolution)则是通过创制靶标蛋白的突变文库，在施加一定选择压力下快速获得目的突变体。碱基编辑器的出现，为植物功能基因的定向进化提供了工具。利用碱基编辑工具可以同时靶向成千上万个基因，在短时间内创制大量的新等位基因材料，用于育种实践。后期可以剔除外源T-DNA成分，快速地将感兴趣的功能变异位点导入到栽培品种中，进行品种的快速升级换代。目前在动植物上已有使用碱基编辑工具定向进化功能蛋白从而获得具有重要功能的突变位点的 氨基酸。

　　近日，华中农业大学金双侠教授课题组联合新疆石河子大学聂新辉教授课题组通过优化腺嘌呤脱氨酶，在棉花中建立了高效的腺嘌呤碱基编辑器GhABE8e，并利用GhABE8e对GhTFL1进行高密度的碱基突变，从而获得大量中间表型的突变体材料，并从中发掘出控制棉花理想株型的新遗传位点，创制出株高适中、果枝缩短、株型紧凑以及生育期缩短的棉花新种质，实现GhTFL1基因的快速定向进化。

　　该研究基于棉花第一代的ABE7.10系统，选取动植物细胞中高活性的TadA8e V106W分别与Cas9n(识别NGG为PAM的序列)及dCpf1(识别以TTTV为PAM的序列)融合，优化开发新的棉花腺嘌呤碱基编辑系统GhABE8e和GhABE8e-dCpf1。通过编辑活性与特征进行评估发现，GhABE8e编辑效率高达99.9%，平均为90.2%，与GhABE7.10n平均编辑效率(21.7%)相比，提高了4倍。GhABE8e显示出A4-A10较宽的活性窗口，并且产生的碱基编辑能够稳定的遗传到下一代。以上结果表明，GhABE8e在编辑效率和编辑窗口方面都有实质性的提高，这将大大有利于其在基因功能研究和精准分子育种中的应用。