利用激活系統(tǒng)調(diào)控植物內(nèi)源基因以實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)一直是植物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，也正在植物研究領(lǐng)域中衍生出系列相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用,，是未來(lái)植物基因工程的重要發(fā)展方向,。

2019年4月29日，Plant Biotechnology Journal在線(xiàn)發(fā)表了“Strong gene activation in plants with genome‐wide specificity using a neworthogonal CRISPR/Cas9‐based Programmable Transcriptional Activator”,，來(lái)自西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)植物細(xì)胞分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Orzaez等人通過(guò)改進(jìn)植物CRISPR激活系統(tǒng)將煙草內(nèi)源DFR基因表達(dá)量提高10000倍,。

研究人員根據(jù)動(dòng)物細(xì)胞中的相關(guān)研究方案提出多個(gè)提高植物內(nèi)源基因的CRISPR激活方案：SunTag方案,，即將多TAD與dCas9串聯(lián)以提高激活效率；scRNA和SAM方案,，即通過(guò)改造gRNA頸環(huán)的RNA作為轉(zhuǎn)錄激活元件（TranscriptionalActivation Domain,TADs）的二級(jí)錨定位點(diǎn)以提高靶標(biāo)基因的激活效率,。通過(guò)激活NOS啟動(dòng)子啟動(dòng)的luc基因來(lái)比較不同方案及轉(zhuǎn)錄激活元件之間的差異，確定scRNA方案及EDLL+VPR激活元件為最優(yōu)方案（如圖1所示）,。利用該方案進(jìn)一步驗(yàn)證不同激活位點(diǎn)及多個(gè)激活位點(diǎn)對(duì)內(nèi)源基因的激活效率并檢測(cè)該系統(tǒng)對(duì)非目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄的影響（如圖2所示）,。

圖1：不同激活方案圖示

圖2：不同位點(diǎn)及數(shù)量激活效應(yīng)及脫靶分析

該研究結(jié)果使得許多尚未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域可以利用轉(zhuǎn)錄激活系統(tǒng)來(lái)打開(kāi)：首先，多基因激活系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,，以了解基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),；其次，合成生物學(xué)策略將大大受益,，因?yàn)榇x途徑中的多個(gè)關(guān)鍵基因的上調(diào)通常會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的最終產(chǎn)物或細(xì)胞反應(yīng),；第三，功能蛋白復(fù)合物的過(guò)度表達(dá)還需要同時(shí)上調(diào)許多不同基因,。最后,，針對(duì)病原體攻擊的多個(gè)防御基因的定向激活是一種在不影響其它農(nóng)藝性狀的情況下提高植物免疫的有效策略。因此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適用于植物的高效轉(zhuǎn)錄激活體系仍然具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景,。

附表：轉(zhuǎn)錄激活元件介紹

原文鏈接：

https://onlinelibrary./doi/abs/10.1111/pbi.13138