作者:李思辉,实习生 何睿 来源:中国科学报 发布时间:2024/9/9 12:20:47
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华中农大新编辑工具助力棉花遗传改良

 

近日,华中农业大学棉花遗传改良团队在植物表观遗传调控领域取得突破,他们成功开发出一种基于CRISPR/dCas13(Rx)的新型mRNA N6-甲基腺苷(m6A)甲基化编辑工具,这一成果发表在Advanced Science杂志。该研究不仅为理解植物复杂的表观遗传机制提供了新的视角,而且为改善农作物的农艺性状开辟了新途径。

论文官网截图。

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在生命的舞台上,RNA(核糖核酸)扮演着至关重要的角色,它是遗传信息从DNA传递到蛋白质的关键信使。然而,这一过程并非简单的线性传递,RNA分子上的各种化学修饰如同精妙的“开关”,调控基因表达。其中,m6A修饰作为真核生物mRNA中最常见的内部修饰,其动态变化深刻影响着mRNA的稳定性、翻译效率及与蛋白质的相互作用,是调控植物生长发育和抗逆性的重要机制。


以往,科学家们主要通过遗传扰动如基因敲除或超表达来研究m6A的功能,但这些方法往往伴随着全局性变化,难以精准调控特定m6A位点的修饰水平。因此,直接且高效地编辑m6A修饰成为了一个亟待解决的科学难题。

华中农业大学棉花遗传改良团队迎难而上,他们巧妙地将无RNA剪切活性的dCas13(Rx)作为“锚定器”,分别与甲基转移酶GhMTA(靶向RNA甲基化编辑器,TME)或去甲基转移酶GhALKBH10(靶向RNA去甲基化编辑器,TDE)结合起来,创造出了可编程的m6A编辑工具TME和TDE。这两个工具就像精准的“剪刀”和“橡皮擦”,能够在特定RNA序列上精确地增加或减少m6A修饰,从而实现对基因表达的精细调控。

在实验中,研究团队将TME和TDE导入棉花细胞,并成功地在靶标基因GhECA1和GhDi19的特定位点上实现了m6A修饰的高效编辑。值得注意的是,当用TME编辑植物靶向GhDi19转录本时,不仅显著增加了根长,还显著增强了抗旱性,这一发现为培育耐旱棉花新品种提供了宝贵的基因资源。

基于这一研究成果,研究团队提出了一个完整的m6A编辑平台工作模型。他们计划利用高通量测序技术,首先识别出与作物产量、品质和抗逆性密切相关的特定m6A修饰位点,然后利用m6A编辑工具进行精准编辑,最终通过多代筛选培育出具有优异农艺性状的“理想植物”。

 经m6A编辑的突变体,多代鉴定其表型,筛选“理想植物”。受访单位供图

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该研究得到了生物育种重大专项、国家自然科学基金杰出青年科学基金和国家自然科学基金(面上)等项目的资助。

相关链接:https://doi.org/10.1002/advs.202401118


 
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