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Hortic Res | 中国农业大学联合中国农科院生物技术所开发了一种新型基因编辑系统提升双子叶作物基因编辑效率
发布时间：
2026-11-07
来源：
王娅 园艺研究
基因编辑效率是制约双子叶作物育种应用的关键瓶颈之一，尤其对于油菜、甘薯等多倍体物种，往往需要同时编辑多个基因组拷贝，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，不得不选用预测评分较低的次优sgRNA，严重制约了编辑效率的提升。
2026年第11期，Horticulture Research 上线了（Advance Access）中国农业大学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合作完成的题为Robust genome editing in multiple dicot crops via a Cas9-TREX2 fusion with intron-mediated polycistronic tRNA-sgRNA system 的研究论文，开发了一种新型基因编辑系统pZHA712，在生菜、番茄、大豆、油菜和甘薯五种双子叶作物中提升了编辑效率，为双子叶作物的精准育种提供了高效、稳健的技术平台。
研究以TREX2的3'→5'核酸外切酶活性为切入点，将其融合至Cas9的C端，并结合前期优化的内含子介导多顺反子tRNA-sgRNA（inPTG）表达系统，构建了pZHA712载体。Cas9完成切割后，TREX2对断裂末端进行逐步修剪，有效激活易错NHEJ修复途径，显著提高突变频率并诱导产生更大片段缺失；inPTG系统则保障sgRNA的高效转录与加工。
研究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）中进行了系统评估。结果显示，pZHA712的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。在油菜BnALS 位点，pZHA712在两个亚基因组中均实现了高效编辑，表明该系统在多倍体同源基因编辑中具有优势。研究团队还特意选用了预测评分较低（<0.15）的“次优”sgRNA进行测试，以模拟育种中的困难场景；结果表明，pZHA712即使在低分靶点也能实现相对高效的编辑，显著拓展了可用靶点范围。
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
在生菜稳定转化实验中，靶向LsPDS 基因时，pZHA712产生的白化苗数量显著多于对照组，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。脱靶检测显示，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
综上，本研究将Cas9-TREX2融合蛋白与inPTG表达系统协同整合，在多种双子叶作物中实现了高效、稳健的基因组编辑，即使在低分sgRNA和多倍体复杂基因组背景下仍表现优异，为双子叶作物的功能基因组研究与精准育种提供了有力的技术支撑。
中国农业大学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中国农业大学高少培副教授为论文共同通讯作者。本项目得到了国家自然科学基金（32572389）、泰山学者人才工程（TSQN202103160）、山东省自然科学基金（ZR2021JQ08）、北京市乡村振兴农业科技项目（NY2502080026 和 NY2502080326）以及中国农业大学“2115人才发展计划”的资助。
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