基于CRISPR/Cas9 系統(tǒng)水稻基因激活位置效應(yīng)

近日，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校趙云德教授團(tuán)隊(duì)在aBIOTECH 期刊在線(xiàn)發(fā)表文章“Positional effects on efficiency of CRISPR/Cas9-based transcriptional activation in rice plants”。該團(tuán)隊(duì)利用CRISPR / dCas9 系統(tǒng)研究了引導(dǎo)RNA（gRNA）在啟動(dòng)子的位置對(duì)基因轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)的影響，對(duì)于分子設(shè)計(jì)育種中進(jìn)行精確有效的基因激活具有重要的指導(dǎo)意義。

利用基因工程將核酸酶失活的Cas9（dCas9）蛋白和轉(zhuǎn)錄激活域結(jié)合形成融合蛋白可順式作用于目的基因?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)錄激活。在引導(dǎo)RNA（gRNA）的幫助下，dCas9 融合蛋白能夠特異性地結(jié)合于啟動(dòng)子區(qū)域并激活下游基因的表達(dá)。然而，當(dāng)前的研究多集中在鑒定和優(yōu)化dCas9 融合蛋白激活結(jié)構(gòu)域上，對(duì)于gRNA 靶位點(diǎn)在基因啟動(dòng)子上的位置對(duì)基因激活效率的影響還不清楚。

水稻基因OsWOX11 和OsYUC1 分別在植物冠根發(fā)育和生長(zhǎng)素合成中具有重要的作用，過(guò)表達(dá)這兩個(gè)基因可以產(chǎn)生顯著的發(fā)育表型。本研究構(gòu)建并且優(yōu)化了dCas9-6TAL-VP128（dCas9-TV）系統(tǒng)，能夠有效的激活植物目的基因的表達(dá)。在本次研究中，他們?cè)趩?dòng)子的不同位置設(shè)計(jì)了一組引導(dǎo)RNA 分別靶向這兩個(gè)基因啟動(dòng)子，與dCas9-TV 系統(tǒng)結(jié)合用于激活OsWOX11和OsYUC1 的表達(dá)。通過(guò)基因表達(dá)分析以及轉(zhuǎn)基因水稻的表型分析，他們發(fā)現(xiàn)靶向轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）上游350bp 區(qū)域的gRNA 能夠最有效的激活目的基因的表達(dá)。而靶向啟動(dòng)子不同位置的兩個(gè)引導(dǎo)RNA 共同使用可以進(jìn)一步增強(qiáng)基因的表達(dá)。利用CRISPR / dCas9 系統(tǒng)對(duì)引導(dǎo)RNA 在啟動(dòng)子的位置效應(yīng)的研究對(duì)于將來(lái)分子設(shè)計(jì)育種中進(jìn)行精確有效的基因激活具有重要的指導(dǎo)意義。