基于CRISPR/Cas9 系统水稻基因激活位置效应

近日，美国加州大学圣地亚哥分校赵云德教授团队在aBIOTECH 期刊在线发表文章“Positional effects on efficiency of CRISPR/Cas9-based transcriptional activation in rice plants”。该团队利用CRISPR / dCas9 系统研究了引导RNA（gRNA）在启动子的位置对基因转录激活效应的影响，对于分子设计育种中进行精确有效的基因激活具有重要的指导意义。

利用基因工程将核酸酶失活的Cas9（dCas9）蛋白和转录激活域结合形成融合蛋白可顺式作用于目的基因实现转录激活。在引导RNA（gRNA）的帮助下，dCas9 融合蛋白能够特异性地结合于启动子区域并激活下游基因的表达。然而，当前的研究多集中在鉴定和优化dCas9 融合蛋白激活结构域上，对于gRNA 靶位点在基因启动子上的位置对基因激活效率的影响还不清楚。

水稻基因OsWOX11 和OsYUC1 分别在植物冠根发育和生长素合成中具有重要的作用，过表达这两个基因可以产生显著的发育表型。本研究构建并且优化了dCas9-6TAL-VP128（dCas9-TV）系统，能够有效的激活植物目的基因的表达。在本次研究中，他们在启动子的不同位置设计了一组引导RNA 分别靶向这两个基因启动子，与dCas9-TV 系统结合用于激活OsWOX11和OsYUC1 的表达。通过基因表达分析以及转基因水稻的表型分析，他们发现靶向转录起始位点（TSS）上游350bp 区域的gRNA 能够最有效的激活目的基因的表达。而靶向启动子不同位置的两个引导RNA 共同使用可以进一步增强基因的表达。利用CRISPR / dCas9 系统对引导RNA 在启动子的位置效应的研究对于将来分子设计育种中进行精确有效的基因激活具有重要的指导意义。