裸眼可视化工具盒ViMeBox助力玉米基因编辑

（2021.3.15 植物生物技术Pbj）

基因编辑技术是作物遗传育种中一项革新性技术，应用前景十分广阔。基因编辑依赖遗传转化技术将Cas9、sgRNA等基因编辑元件导入植物细胞中实现靶向修饰。快速剔除基因编辑元件对于基因编辑产品商业化研发至关重要。一方面基因编辑元件会继续产生新突变，影响纯合基因型的分离和表型鉴定的稳定性和时效性;另一方面，含基因编辑元件的材料涉及外源基因插入，易引发生物安全方面的担忧。虽然通过后代回交转育可以去掉外源基因成分，但过程周期长、效率低、成本高，制约了技术规模化应用。开发简单、快速分离Cas9成分的玉米基因编辑技术有助于加速玉米育种进程、降低监管成本、推进基因编辑产业化。模式植物中已经开发了多色荧光，以及紫色花青素和红色甜菜红素的标记系统，但在玉米中有效的标记系统仍然较少。各色荧光蛋白需要特殊波长激发光设备等，应用场景受限。而花青素和甜菜红素虽然可以实现裸眼可视化，但由于次生代谢物合成复杂，易受环境因素影响。

为了获得裸眼可视的筛选效果，来自华中农业大学、吉林省农业科学院和未米生物科技（江苏）有限公司的研究人员联合开发了可视化基因编辑工具盒 “ViMeBox，VIsual Maize Editing toolBox”。近日，以题为“Seeing is believing： a visualization toolbox to enhance selection efficiency in maize genome editing”的研究论文在《Plant Biotechnology Journal》在线发表。

研究通过对GFP、YFP、AmCyan、DsRed2等多种荧光蛋白在玉米中开展裸眼可视效果测试，明确DsRed2表达高时肉眼可见，进一步引入CaMV35S增强子提高表达量，最终实现了不依赖于激发光设备的裸眼可视筛选。基因编辑效率测试结果同样表明，引入裸眼可视标记没有改变基因编辑效率;为进一步扩大裸眼可视化的应用范围，研究利用增强型的糊粉层优选表达启动子（CaMV35S-pHvLtp2）、胚特异性表达启动子（eCaMV35S-pZmESP）和胚优选表达启动子（eCaMV35S-pZmGlb1）产生了多样的裸眼可视显色位置，为实现ViMeBox的多场景应用提供了新工具。

与已报道的Cas9标记相比，ViMeBox存在以下技术优势：（1）不依赖于特殊的激发光设备，在自然光下通过裸眼即可从早代玉米籽粒颜色上剔除Cas9元件;（2）不影响种子萌发和生长发育，基因编辑效率与常规方法相比无显著差异，且不易受环境因素影响，可视效果稳定;（3）具备多种显色模式，可以满足不同应用场景。此外，ViMeBox技术与其他技术整合后，应用前景将更为广阔，如与新兴的单倍体基因编辑技术HI-Edits或IMGE结合，在单倍体诱导后代材料中可以通过识别胚红色信号快速剔除双倍体，有效加快单倍体后代的筛选速度，有望大幅度提高HI-Edits或IMGE的工作效率。

华中农业大学严建兵教授团队在职博士生、未米生物科技（江苏）有限公司技术负责人许洁婷为论文第一作者，吉林省农业科学院刘相国研究员为论文通讯作者。此外，来自华中农业大学的博士生简六梅、吉林省农业科学院的尹悦佳副研究员和陈子奇博士，以及未米生物科技有限公司的韩宝柱工程师等多名科研人员参与了本项目研究。该研究得到了国家转基因重大专项、国家自然科学基金、吉林省农业创新工程杰出青年基金项目资助。

ViMeBox研发是我国科技发展新形势下“校-院-企”跨省跨单位跨学科联合攻关的新型科研组织模式的成果，有效实现了农业高校、地方农科院和科技企业的技术优势互补。未米公司的前沿技术平台、高效管理和丰富经验保障了载体构建、遗传转化、分子构建和温室种植等科研系统性工作的迅速开展。未来，三方将在基因编辑技术创新领域继续合作研发，开发更多工具加入ViMeBox，使生物技术科研工作更简易、更便捷。

特别值得注意的是，来自中国农科院作物科学研究所谢传晓研究组及其合作者近日也发表了利用玉米种子荧光报告系统辅助CRISPR/Cas基因编辑技术的工作[https：//doi.org/10.1111/jipb.13086]，相信这一系列工具的推出将大大促進我国作物基因编辑基础研究及产业应用。