科學家將新的和改進的CRISPR 3.0系統用於植物的高效基因激活

在《自然-植物》雜誌的一項研究中，馬里蘭大學（UMD）植物科學副教授Yiping Qi介紹了一種新的和改進的植物CRISPR 3.0系統，專注於基因激活而不是傳統的基因編輯。 這個第三代CRISPR系統專注於多重基因激活，意味着它可以同時提升多個基因的功能。據研究人員説，這個系統擁有目前最先進的CRISPR技術的四到六倍的激活能力，顯示出同時對多達七個基因的高精確度和效率。

雖然CRISPR更多的是以其基因編輯能力而聞名，它可以敲除不受歡迎的基因，但激活基因以獲得功能對於為未來創造更好的植物和農作物是至關重要的。

“雖然我的實驗室之前已經生產了同時進行基因編輯[多重編輯]的系統，但編輯主要是產生功能損失以改善作物，”研究人員解釋説。“但是如果你想一想，這種策略是有限的，因為沒有無盡的基因可以讓你關閉，實際上仍然獲得有價值的東西。從邏輯上講，這是一種非常有限的方式來設計和培育更好的性狀，而植物可能已經進化出不同的途徑、防禦機制和性狀，只是需要一個提升。通過激活，你可以真正提升途徑或增強現有能力，甚至實現一種新的功能。你可以利用基因組中已經存在的功能，加強你知道的有用的東西，而不是把東西關閉。”

在他的新論文中，研究團隊在水稻、番茄和擬南芥中驗證了CRISPR 3.0系統。該團隊表明，你可以同時激活許多種基因，包括更快的開花，以加快育種過程。但這只是多重激活的眾多優勢之一。

“擁有一個更加精簡的多重激活過程可以提供重大的突破。例如，我們期待着利用這項技術更有效和高效地篩選基因組，以尋找有助於應對氣候變化和全球飢餓的基因。我們可以用這個新系統在更大範圍內設計、定製和跟蹤基因激活，以篩選出重要的基因，這將非常有利於植物的發現和轉化科學。”

由於CRISPR通常被認為是可以切割DNA的“分子剪刀”，這個激活系統使用的是停用的CRISPR-Cas9，只能結合。由於沒有切割的能力，該系統可以通過與DNA的某些片段結合，而專注於為感興趣的特定基因招募激活蛋白。研究人員還測試了他的CRISPR-Cas9的SpRY變體，該變體極大地拓寬了可用於激活的目標範圍，以及他最近的CRISPR-Cas12b系統的停用形式，以顯示跨CRISPR系統的多功能性。這顯示了為多重激活而擴展的巨大潛力，這可以改變基因組工程的工作方式。

“人們總是談論個人如何具有潛力，如果你能培養和促進他們的天賦，”研究人員説。“這項技術讓我感到興奮，因為我們正在植物中推廣同樣的東西--你如何促進它們的潛力，幫助植物用它們的自然能力做得更多？這就是複用基因激活所能做到的，它給我們提供了這麼多作物育種和改良的新機會。”