2025-05-23 11:01:45
平均編輯效率較過去提高11倍，將為基因治療及動(dòng)植物生物育種提供全新的技術(shù)解決方案，這是西北農(nóng)林科技大學(xué)（簡稱西農(nóng)）羊遺傳改良與生物育種團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)多家單位開發(fā)的微型真核基因編輯工具enNlovFz2的亮眼本領(lǐng)。5月20日，關(guān)于該新工具的研究論文刊登于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·化學(xué)生物學(xué)》上。
基因是遺傳物質(zhì)的載體，塑造了生命的多樣性和復(fù)雜性?；蚓庉嬍抢斫夂透脑焐年P(guān)鍵技術(shù)，為人類解決多個(gè)領(lǐng)域的諸多難題提供了新思路和新方法?；诮?jīng)典的基因編輯系統(tǒng)CRISPR（成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列）及其衍生技術(shù)在功能機(jī)制研究、基因治療及動(dòng)植物育種等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而大部分CRISPR蛋白尺寸較大，難以實(shí)現(xiàn)單個(gè)腺相關(guān)病毒AAV的包裝遞送，從而限制了其在生物體內(nèi)編輯的高效應(yīng)用。
近年來，由RNA（核糖核酸）引導(dǎo)的微型基因編輯工具被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)了基因編輯工具邁入“小型化”時(shí)代?；蚓庉嬵I(lǐng)域先驅(qū)—張鋒團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類新的RNA引導(dǎo)核酸酶，將其命名為“OMEGA系統(tǒng)”，并證實(shí)其中源自真核生物的Fanzor蛋白可對人類基因組特定位點(diǎn)進(jìn)行靶向插入與缺失編輯。與來自原核生物的CRISPR/Cas系統(tǒng)不同，F(xiàn)anzor源自真核生物，其理論上可以減少動(dòng)物體內(nèi)非必要的免疫反應(yīng)，且保真性強(qiáng)。但是，原始版本的Fanzor系統(tǒng)編輯效率較低（<10%），也限制了其在生物醫(yī)學(xué)和動(dòng)植物品種改良中的高效應(yīng)用。
西農(nóng)羊遺傳改良與生物育種團(tuán)隊(duì)綜合應(yīng)用基于人工智能的RNA結(jié)構(gòu)優(yōu)化、蛋白質(zhì)工程化改造、流式細(xì)胞術(shù)、全基因組脫靶檢測等手段，首次對來源于Fanzor家族的NlovFz2–ωRNA系統(tǒng)進(jìn)行改造，開發(fā)出一種新的微型真核基因編輯工具enNlovFz2，這也是首個(gè)基于Fanzor蛋白工具改造的研究報(bào)道。
圖1 OMEGA/NlovFz2系統(tǒng)的改造與應(yīng)用
團(tuán)隊(duì)利用該工具對人類基因組的26個(gè)靶位點(diǎn)進(jìn)行了有效編輯，其插入-刪除效率高達(dá)81.2%，相比原始版本平均編輯效率提高11倍（圖1）。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，該工具相較于過去，能夠識(shí)別范圍更廣的基因序列（圖2）。團(tuán)隊(duì)利用該工具還成功制備了小鼠白化疾病模型，兩個(gè)編輯位點(diǎn)體內(nèi)編輯效率分別達(dá)到38.3%和48.7%。同時(shí)，在人源化杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）小鼠疾病模型中，該工具成功并高效將小鼠肌纖維中肌萎縮蛋白水平恢復(fù)至野生型小鼠的20%，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
圖2 體外生化試驗(yàn)定義enNlovFz2的切割特性
源自真核生物的這一新工具豐富了用于基因組編輯的迷你型核酸酶工具箱，為基因治療及動(dòng)植物生物育種提供了高效的候選工具。
西農(nóng)王小龍教授、徐坤副教授和上?？萍即髮W(xué)吳兆韡副研究員為論文的通訊作者，魏迎輝教授、博士研究生高鵬飛、碩士研究生陳宇斐、上?？萍即髮W(xué)潘登博士及中國科學(xué)院藥物研究所李國玲副研究員為論文的共同第一作者，此研究得到了西農(nóng)陳玉林教授的大力支持，得到了農(nóng)業(yè)生物育種重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和學(xué)校人才項(xiàng)目等資助。（西北農(nóng)林科技大學(xué) 靳軍）
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