近日，国际著名学术期刊Plant Biotechnology Journal（IF2023=11.2）在线发表内蒙古大学团队题为“Engineering an optimized hypercompact CRISPR/Cas12j-8 system for efficient genome editing in plants”的研究论文，本研究通过工程化改造超紧凑型CRISPR/Cas12j-8基因组编辑系统，显著提高了其在植物中的编辑效率，该研究进一步拓展了植物基因组编辑工具箱。
Cas12j-8核酸酶来源于V型CRISPR系统，大小约为Cas9的一半，识别5′-TTN-3′的protospacer邻接基序（PAM）序列，因此在作物改良中具有广泛应用的潜力。然而，其在植物中的编辑效率仍然较低。在该研究中，研究团队先后对crRNA和Cas12j-8核酸酶进行了工程改造。结果表明，在crRNA的3’端融合核酶（crRNA-Rz）可显著提高基因组编辑活性（图1）。
图1. 工程化crRNA对基因组编辑活性的影响
利用AlphaFold2进行结构分析及结合已报道在植物中具有编辑活性的Cas12j-2和Cas12j-SF05的结构，研究团队构建了27个Cas12j-8变体，结果表明en4Cas12j-8(A121Q/S196Q)变体显著提高了其基因组编辑活性（图2）.
图2. 工程化改造Cas12j-8提高基因组编辑效率
进一步研究表明将工程化改造后的crRNA及Cas12j-8组合使用时，在大豆毛状根中基因组编辑效率进一步提高，能够编辑优化前的系统无法编辑的靶位点。值得注意的是，对于部分靶序列，其编辑活性与SpCas9相当，并且在所有测试的靶点上均优于Cas12j-2变体nCas12j-2（图3）。
图3. en4Cas12j-8及crRNA-Rz组合进一步提高基因组编辑活性
此外，该研究开发了基于工程化改造后的crRNA和Cas12j-8的嘧啶碱基编辑器，其在植物中的碱基编辑效率（C到T）比未优化的系统提高了5.36至6.85倍，且未观察到插入或缺失（indels）类型（图4）。
图4. CRISPR/Cas12j-8系统介导的单碱基编辑研究
内蒙古大学生命科学学院硕士研究生白莎莎和曹星雨为论文的共同第一作者，孙永伟副教授为通讯作者，李东明教授为共同通讯作者，硕士研究生胡利喆，胡丹玲参与相关研究。该研究得到国家自然科学基金，中央引导地方科技发展资金，内蒙古自然科学基金，内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划等项目支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14574
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