基于CRISPR/Cas9 系統水稻基因激活位置效應

近日，美國加州大學圣地亞哥分校趙云德教授團隊在aBIOTECH 期刊在線發表文章“Positional effects on efficiency of CRISPR/Cas9-based transcriptional activation in rice plants”。該團隊利用CRISPR / dCas9 系統研究了引導RNA（gRNA）在啟動子的位置對基因轉錄激活效應的影響，對于分子設計育種中進行精確有效的基因激活具有重要的指導意義。

利用基因工程將核酸酶失活的Cas9（dCas9）蛋白和轉錄激活域結合形成融合蛋白可順式作用于目的基因實現轉錄激活。在引導RNA（gRNA）的幫助下，dCas9 融合蛋白能夠特異性地結合于啟動子區域并激活下游基因的表達。然而，當前的研究多集中在鑒定和優化dCas9 融合蛋白激活結構域上，對于gRNA 靶位點在基因啟動子上的位置對基因激活效率的影響還不清楚。

水稻基因OsWOX11 和OsYUC1 分別在植物冠根發育和生長素合成中具有重要的作用，過表達這兩個基因可以產生顯著的發育表型。本研究構建并且優化了dCas9-6TAL-VP128（dCas9-TV）系統，能夠有效的激活植物目的基因的表達。在本次研究中，他們在啟動子的不同位置設計了一組引導RNA 分別靶向這兩個基因啟動子，與dCas9-TV 系統結合用于激活OsWOX11和OsYUC1 的表達。通過基因表達分析以及轉基因水稻的表型分析，他們發現靶向轉錄起始位點（TSS）上游350bp 區域的gRNA 能夠最有效的激活目的基因的表達。而靶向啟動子不同位置的兩個引導RNA 共同使用可以進一步增強基因的表達。利用CRISPR / dCas9 系統對引導RNA 在啟動子的位置效應的研究對于將來分子設計育種中進行精確有效的基因激活具有重要的指導意義。