CRISPR/Cas9诱导的双链断裂主要依赖NHEJ修复,常产生非预期的插入缺失(indel),序列随机、边界不可控,制约了精准大片段删除的可控性。水稻的抗病、耐逆、高产等性状,常常是由成簇排列的基因群和复杂的调控区域共同控制。要真正"抽掉"这一段,就必须做大片段删除。而大片段DNA和染色体操纵,正是当前基因组编辑领域亟待开发、亟待解决的技术难题。
常规利用Cas9进行基因组DNA片段删除,对1kb以内的小片段效率较高,但是很难删除大于100kb的染色体片段。常听见的说法是"删个千碱基、万碱基很容易"。但当目标跨越40万碱基对(≈408kb),事情就完全不同了:
① 空间问题:400kb的两端在三维基因组里可能相距甚远,要让它们"彼此找到并对接",本身就是概率难题。
② 精度问题:尺度越大,边界越容易漂移。需要"精准对接"的MMEJ,正是对抗这种漂移的关键。
③ 价值问题:水稻中大量成簇排列的抗性基因、连锁累赘、功能未知的调控"暗物质",恰恰就分布在这个尺度上。一旦能高效、精准地整段切除,将带来育种能力的范式跃迁。
近日,武汉艾迪晶生物科技有限公司通过使用MMEJ 微同源技术,成功对湖南省农业科学院的多个水稻品种实现了基因组DNA 408Kb的精准删除。
它意味着我们开始具备像设计代码一样,设计作物基因组架构的能力。