中科院学者Genome Biol文章：高保真CRISPR-Cas9基因组编辑方法改进

　　中科院遗传与发育生物学研究所的研究人员发表了题为“Perfectly matched 20-nucleotide guide RNA sequences enable robust genome editing using high-fidelity SpCas9 nucleases ”的文章，利用细胞內源的RNase P和RNase Z将未成熟的sgRNA中的向导序列加工成为与靶序列精确匹配的20个碱基，从而能够将eSpCas9（1.0）、eSpCas9（1.1）和SpCas9-HF1的活性保持在与野生型SpCas9相当的水平。

　　

中科院遗传与发育生物学研究所的研究人员发表了题为“Perfectly matched 20-nucleotide guide RNA sequences enable robust genome editing using high-fidelity SpCas9 nucleases ”的文章，利用细胞內源的RNase P和RNase Z将未成熟的sgRNA中的向导序列加工成为与靶序列精确匹配的20个碱基，从而能够将eSpCas9（1.0）、eSpCas9（1.1）和SpCas9-HF1的活性保持在与野生型SpCas9相当的水平。

这一研究成果公布在Genome Biology杂志上，由遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组完成，第一作者为张定波和副研究员张华伟。

基因组编辑是生命科学新兴的颠覆性技术，特别是基于CRISPR-Cas9系统的基因组编辑工具近几年迅猛发展，在医疗、农业等领域得到广泛应用。然而，Cas9脱靶现象是目前限制其发挥巨大潜力的最主要问题之一，提高该系统的特异性一直是基因组编辑方法研究的焦点。

通过蛋白质工程的方法，美国两个课题组前期分别对Cas9蛋白进行定向改造，获得了三种特异性显著提高的Cas9蛋白变体：eSpCas9（1.0）、eSpCas9（1.1） 和 SpCas9-HF1。

在这篇文章中，研究人员发现这三种高保真的SpCas9核酸酶的基因组编辑活性会严格受到sgRNA向导序列（guide sequence）长度的影响。将向导序列设为与靶位点精确匹配的20个碱基，是确保三种高保真SpCas9核酸酶的活性的重要前提。

为此，高彩霞研究团队将水稻tRNAGlu序列融合到U3启动子和sgRNA之间，利用细胞內源的RNase P和RNase Z将未成熟的sgRNA中的向导序列加工成为与靶序列精确匹配的20个碱基，通过这一策略能够将eSpCas9（1.0）、eSpCas9（1.1）和SpCas9-HF1的活性保持在与野生型SpCas9相当的水平，并且还保持其特异性。

高彩霞研究组近年取得的重要研究成果：

2014年，中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞研究员与中科院微生物研究所的邱金龙研究员合作，利用TALEN和CRISPR-Cas9技术，在六倍体面包小麦中成功实现了同时编辑3个同源等位基因（homoeoallele） ，并由此赋予了小麦对白粉菌（powdery mildew）的遗传性抵抗力。这一突破性的成果发表在Nature Biotechnology杂志上（Nature子刊：中科院利用CRISPR及TALEN技术获基因组编辑新突破 ，中科院成果入选Nature Biotechnology二十年精品论文 ）。

2014年9月18日，高彩霞研究员在《Nature Protocols》杂志上发表了一篇题为“Genome editing in rice and wheat using the CRISPR/Cas system”的文章，详细描述了利用CRISPR/Cas系统分步实现水稻和小麦基因组编辑的一种实验方案（中科院Nature子刊发表CRISPR新文章）。

2015年，高彩霞研究组利用新近在细菌中发现的适应性免疫系统（CRISPR/Cas）特异识别病毒和外源DNA的特性，将该CRISPR切割系统引入植物，在植物中建立了这套DNA病毒防御体系。该研究成果发表在Nature Plants上（中科院学者Nature Plants利用CRISPR系统解析DNA病毒 ）。

Nature聚焦：中国基因编辑专家高彩霞

原文标题：

Perfectly matched 20-nucleotide guide RNA sequences enable robust genome editing using high-fidelity SpCas9 nucleases