碱基编辑技术及其在昆虫中的应用和展望

王晓迪，冀顺霞，申晓娜，刘万学，万方浩，张桂芬，吕志创

（中国农业科学院植物保护研究所/植物病虫害生物学国家重点研究室，北京 100193）

昆虫作为自然界中数量最多的生物，与农林牧的生产息息相关，科学家们也在不断地对其进行深入的研究，基因组信息是深入研究分子和遗传机制以及进化过程的重要基础。近年来越来越多的昆虫基因组被测序。据统计，2018年12月底在NCBI数据库中已有331个基因组完成组装拼接[1]，截至2020年6月9日增至497种。随着昆虫基因组信息的日益完善，基因编辑技术的出现为昆虫学的研究开辟了新思路，为昆虫的基因功能研究提供了新的技术支持。经典的基因组编辑工具包括zinc-finger nucleases（ZFNs）技术[2,3]和transcription activator-like effector nucleases （TALENs）技术[4-6]，其已在果蝇Drosophila、家蚕Bombyx mori、蟋蟀Gryllulus等昆虫的研究中获得成功[7-11]。随后发现了由RNA指导Cas蛋白进行DNA识别及编辑的 Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated（Cas）技术[12]，并广泛应用于临床试验、动植物、细菌、真菌等研究领域[13-19]。以上三种基因编辑技术作为功能基因组研究的重要工具在昆虫的研究中已得到了应用[20,21]，为今后进行昆虫功能基因组研究奠定了坚实的基础。为了防止双链断裂（double strand break，DSB）引起的潜在危害，保证基因组的完整性，近年来，一系列无DSB的单碱基编辑工具——胞嘧啶碱基编辑器（cytosine base editors，CBE）、腺嘌呤碱基编辑器（adenine base editors，ABE）和先导编辑（prime editing）已经在多种物种中被广泛开发，并对其编辑技术的精确性及广适性进行了验证。

1 CRISPR/Cas系统

CRISPR/Cas系统最初是由日本大阪大学（Osaka University）于1987年在研究大肠杆菌EscherichiacoliK12体内碱性磷酸同工酶的iap（Alkaline Phosphatase）基因的核苷酸序列时发现的，其中一段由重复短序列间隔排列组成的片段引起了研究者的注意[12]。……