基因组编辑技术在水稻育种中的应用进展

陈 峰，朱文银，焦晓真，姜明松，张士永，周学标，徐建第*

（1.山东省农业科学院湿地农业与生态研究所，山东 济南 250100；2.中国水稻研究所，浙江 杭州 311006）

基因组编辑技术已经在单子叶模式作物水稻中得到成功应用，主要包括锌指核酸酶（ZFNs）系统、类转录激活效应因子核酸酶（TALEN）系统、成簇规律间隔的短回文重复序列/核酸内切酶（CRISPR/Cas）系统以及近年来快速发展的单碱基编辑技术[1]。

利用基因组编辑技术可实现对基因组的高效精准修饰，其巨大的技术优势将会成为现代作物育种和农业生物技术研发的一项革命，成为作物遗传育种研究的重要手段[2]。水稻是主要的粮食作物以及重要的单子叶模式作物，基因组编辑技术已成为水稻农艺性状改良及基因功能研究的重要手段。本文介绍了基因组编辑技术及其在水稻性状改良与基因功能研究中的应用进展。

1 基因组编辑技术概述

锌指核酸酶（ZFNs）[3]和类转录激活因子效应物核酸酶（TALENs）[4]最先被应用于基因组定点编辑。ZFN特异性较低，并且操作较为繁琐，费用较高。TALEN技术与ZFN相比，操作较为简单、成本较低。

CRISPR/Cas9系统是通过一段向导RNA和配套的核酸酶对特定的基因组序列进行定点编辑。CRISPR/Cas9具有载体构建简单易行、成本低、能够实现多个靶点的同时定点编辑以及效率高等优点。Hu等对spCas9蛋白进行了改进，改进后可以识别不同的原间隔基序结构（protospacer adjacent motif,PAM），使CRISPR/Cas9系统能识别范围更为广泛的靶点[5]。表1列出了3种工程核酸酶的特点。

表1 3种工程核酸酶ZFN、TELEN、CRISPR/Cas9的比较