用分子剪刀编辑植物染色体

CRISPR/CAS分子剪刀的工作原理就像一个很好的手术器械，可以用来修改植物的遗传信息。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的Holger Puchta教授和Gatersleben的莱布尼茨植物遗传学和作物植物研究所(IPK)的Andreas Houben教授的研究小组现在不仅交换了单个基因，而且利用CRISPR/Cas技术对整个染色体进行了重组。通过这种方式，可以在作物中结合所需的特性。他们使用泰尔水芹模型植物的工作发表在“自然植物”杂志上。几千年来，人类一直利用这样一个事实，即有机体的遗传物质随着进化而变化。他们种植高产、芳香或对病虫害和极端气候条件有抵抗力的作物。为此，他们选择具有各种有利性状的植物进行杂交。然而，这种方法非常耗时。此外，不可能阻止不利的性状进入植物。

分子生物学家霍尔格·普赫塔教授研究如何更快、更精确地培养。对于他的CRISBREED项目，他获得了欧洲研究理事会(ERC)250万欧元的高级赠款。霍尔格·普赫塔(Holger Puchta)被认为是基因组编辑的先驱。他用来专门修饰携带遗传信息的DNA(脱氧核糖核酸)。在这种CRISPR/CAS技术的帮助下，基因可以很容易地被移除、插入或交换。CRISPR/Cas代表DNA上的某个片段(CRISPR聚集的规则间隔的短回文重复序列)和一种识别这一片段并在这一点上精确切割DNA的酶(Cas)。通过基因组编辑生产的作物不含有任何DNA，这就是为什么它们不能与经典的转基因生物等同的原因。

在CRISBREED内部，由Holger Puchta教授领导的KIT植物研究所分子生物学和生物化学教席的研究人员与来自加特斯本IPK的Andreas Houben教授合作，现在已经在使用CRISPR/Cas分子剪刀方面取得了第一个决定性的进展：他们第一次在源于葡萄球菌的Cas9蛋白的帮助下在水芹模式植物(拟南芥)染色体之间交换了手臂。基因组由一定数量的染色体组成，单个基因在这些染色体上以固定的顺序排列，普奇塔解释说。到目前为止，CRISPR/CAS只实现了单基因的修饰。现在，我们可以修改和重组整个染色体。这样，这些新的染色体就可以遗传了。

发表在“自然植物”上的这些发现有望为作物栽培带来主要优势：通常很难同时结合正面特性和消除负面特性，因为决定基因通常排列在同一染色体上非常接近的位置，并一起传递。通过染色体之间的臂交换，这些特性现在可以分离。普奇塔解释说，我们现在有可能具体控制物业的修改，并加强或放松物业之间的联系。这种受控的基因组重组将彻底改变未来的作物种植。更多信息：Natalja Beying等人。CRISPR-Cas9介导的拟南芥可遗传染色体易位的诱导，自然植物(2020)。电话：10.1038/s41477020663-x