近日，中国农科院植保所作物病原生物功能基因组研究创新团队在植物学著名期刊《植物通讯》(Plant Communications)在线发表了题为《LbCas12a nuclease-mediated tiling deletion for large-scale targeted editing of non-coding regions in rice》的研究论文。该研究提出并通过研究论证了LbCas12a核酸介导的内源基因调控元件人工进化策略(LbCas12a nuclease-mediated tiling deletion, NTD)。

基因时空表达受到位于启动子、内含子等基因组非编码调控区域的精确调控。迄今为止，大量自然或诱变的非编码区变异已为作物驯化和育种做出贡献。与通过在蛋白质编码区引入移码突变敲除靶基因相比，编辑非编码区可实现目的基因表达微调并产生数量性状变异，更适合作物改良。

研究人员根据NTD原理，对绿色革命基因SD1的启动子、内含子、非翻译区等非编码区进行饱和覆盖，设计并构建crRNA文库以进行大规模打靶和创制大量变异。共筛选并鉴定到255个T0突变体，在不同的非编码区均能实现有效的覆盖编辑，突变类型以6-15 bp的缺失为主。在T1代中也成功筛选鉴定获得6个在株高上呈数量性状变化的材料，进一步分析确定这些数量性状变异是由非编码区编辑造成的，其中有4个变异位点在水稻4726个自然群体重测序数据中均未被检测到。综上表明，NTD技术能有效创制带有数量性状突变群体和对非编码区等位基因进行调控元件的筛选和创制。

NTD技术的提出和在水稻上的成功应用，预示了未来可对农作物各关键抗性等重要性状相关基因进行表达量微调，实现抗性等性状与产量品质平衡。NTD技术与团队前期报道的碱基编辑介导内源基因定向进化（BEMGE）技术互为补充，二者有望成为未来农作物精准分子育种的核心工具。另外，NTD技术的应用，亦可推动基因表达调控机制的基础研究，并进一步助力分子育种。

中国农科院植保所海南专项博士研究生马桂根、严芳副研究员、任斌副研究员为本文共同第一作者，周焕斌研究员为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国农科院“青年创新专项”和中国农科院创新工程等项目的资助。

论文链接：DOI: https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100815