Horticulture Research | 太阳集团城娱8722高少培团队合作开发Cas9-TREX2融合基因编辑系统实现双子叶作物高效编辑

基因编辑效率是制约双子叶作物育种应用的关键瓶颈，尤其在油菜、甘薯等多倍体物种中，需要对多个基因组拷贝同时进行编辑，进一步增加了育种难度。此外，育种中常受靶点设计范围限制，不得不使用预测评分较低的次优sgRNA，严重限制了编辑效率的提升。

近日，Horticulture Research上线了太阳集团城娱8722高少培团队与中国农业科学院生物技术研究所张华伟团队题为Robust genome editing in multiple dicot crops via a Cas9-TREX2 fusion with intron-mediated polycistronic tRNA-sgRNA system的研究论文。

该研究在团队前期开发的内含子介导的 tRNA-sgRNA (inPTG) 表达系统基础上，将TREX2 (一种3′→5′核酸外切酶) 蛋白与Cas9蛋白融合，开发了名为 pZHA712的新型基因编辑系统。当Cas9完成切割后，TREX2对断裂末端进行逐步修剪，有效激活NHEJ修复途径，显著提高突变频率并诱导产生更大片段缺失；而inPTG系统则确保sgRNA的高效转录与加工。

为全面评估pZHA712系统的编辑性能，研究团队首先采用发根农杆菌介导的原位转化法，在二倍体（生菜、番茄、大豆）、四倍体（油菜）和六倍体（甘薯）五种双子叶作物中进行了系统验证。结果显示，在不同物种和靶点中，pZHA712的编辑效率均有所提升——其加权平均编辑效率是pZHA702的1.2至1.8倍，是pHSE401的2.1至7.9倍。更值得一提的是，研究团队特意选用了网站预测评分较低（<0.15） 的“次优” sgRNA 进行测试。结果显示，pZHA712 即使在低分靶点也能实现高效编辑，大大拓展了可用的靶点范围，为育种应用打开了更大的空间。

图1 原位转化法验证pZHA712系统在五种双子叶作物中的编辑效率

为进一步验证该系统的实际应用价值，研究团队在生菜中开展了稳定转化实验。结果显示，靶向LsPDS 基因时，pZHA712系统产生的白化苗数量显著多于对照组，且纯合/双等位突变比例大幅提高。突变谱分析表明，pZHA712显著增加了大片段缺失（>10 bp）的频率，并提高了突变类型的多样性。更重要的是，脱靶检测结果显示，该系统在提高编辑效率的同时并未增加脱靶风险。

图2 生菜稳定转化中pZHA712系统的编辑效率及突变分析

本研究将TREX2的末端切除增强功能与inPTG多靶点共表达技术相结合，在多种双子叶作物中实现了高效编辑，尤其在低分 sgRNA 靶点和多倍体基因组中表现出优势。这项成果为大田作物和其他双子叶植物的基因功能研究及精准育种提供了高效、稳健的技术平台，为未来在更多作物中应用这一策略提供了可参考的技术路径。

太阳集团tcy8722与北京大学现代农业研究院联合培养博士研究生王娅和北京大学现代农业研究院科研助理焦益壤为论文共同第一作者。中国农业科学院生物技术研究所张华伟研究员和太阳集团tcy8722高少培副教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、泰山学者人才工程、山东省自然科学基金和北京市乡村振兴农业科技项目等资助。