基因组所开发新型植物RNA甲基化编辑工具

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）联合崖州湾国家实验室和中国水稻研究所等单位在《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》（IF：13.8）杂志上在线发表了题为“Programmable RNA N6-methyladenosine editing with CRISPR/dCas13a in plants” 的研究论文，开发出基于CRISPR/dCas13a的新型植物RNA甲基化编辑工具。

N6-腺苷酸甲基化（m6A）是动植物mRNA上丰度最高的一种化学修饰类型，越来越多的研究发现m6A修饰广泛地参与多种表观遗传调控过程，包括影响mRNA剪接、翻译、出核、胞质定位和mRNA的稳定性，在植物胚胎发生、干细胞命运决定、昼夜节律、叶片形态、硝酸盐信号、果实成熟和配子体发育等方面发挥关键调控作用，m6A表观遗传学已成为当前最前沿的研究领域之一。然而，在植物中尚未有方法可以特异性操纵基因上的m6A修饰水平，这严重制约了植物中m6A修饰的功能研究。

图1 | RNA甲基化编辑工具示意图和SHR甲基化编辑植株相关表型

借助于CRISPR/Cas13a系统特异性识别并结合RNA的功能，该研究将植物RNA甲基转移酶复合体核心功能域MTA-MTB与无切割活性的dead Cas13a（dCas13a）融合，构建出RNA甲基化编辑工具，通过将RNA去甲基化酶ALKBH5与dCas13a融合，获得RNA去甲基化编辑工具（图1）。接下来，分别在烟草和拟南芥中，通过对特定基因转录本进行靶向m6A编辑，证明了该工具对靶标基因mRNA有很好的m6A位点甲基化和去甲基化的编辑功能。进一步，通过特异性编辑根发育关键基因SHR转录本，发现SHR转录本m6A修饰水平的提高可促进植株地上部和根部增大，使叶面积、株高、生物量和籽粒产量等增加，从而促进植物生长（图1）。通过对编辑SHR植株进行甲基化测序（MeRIP-seq）分析，进一步证明了该编辑工具有较好的编辑特异性和较低的脱靶效应。综上，该研究设计并在植物中验证了基于CRISPR/Cas13a系统的m6A编辑工具，实现了对特定基因m6A位点进行甲基化和去甲基化编辑，可广泛应用于m6A修饰的相关功能研究。此外，该研究首次发现操纵关键发育基因的m6A修饰水平可调控植株表型、改良植物相关性状，这在未来的作物基因编辑育种中也具有潜在的重要应用价值。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所商连光研究员、崖州湾国家实验室钱前院士和基因组所费启立研究员为论文的共同通讯作者。基因组所助理研究员施传琳、博士后邹文莉、刘相培和张泓为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心、深圳市大鹏新区科技创新和产业发展专项资金、中国博士后基金和中国农科院青年创新专项资金资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.14307