8日，记者从中国科学院分子植物科学卓越创新中心获悉，该中心研究人员采用修饰后的DNA片段作为供体，在水稻上建立了一种高效的片段靶向敲入和替换方法，该方法的靶向敲入效率可达47.3%，将极大地方便植物研究和育种。相关研究成果在线发表于《自然·生物技术》杂志上。
近年来，CRISPR/Cas介导的植物基因组定点编辑技术在农作物基因功能研究和精准育种中发挥了重要作用，展现了广阔的发展潜力和应用前景。然而，CRISPR/Cas介导的植物基因组定点敲除方法只能在基因组特定位点产生随机插入和删除，精准的片段插入和替换的效率一直很低，限制了其在植物研究和育种上的应用。“当前，迫切需要建立更高效的植物基因组片段插入和替换方法体系。”论文通讯作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员朱健康说。
研究人员发现，将供体片段同时进行硫代修饰和磷酸化修饰后，能够有效提高靶向敲入效率。“我们先后在各类T0代基因编辑水稻的14个基因位点上靶向敲入了各类DNA片段，比如翻译增强子、转录调控元件以及启动子。”朱健康说，通过对1393株编辑后植株的分析发现，该方法的敲入效率最高可达47.3%，平均为25%。新方法甚至可以同时在4个位点上实现多基因靶向敲入。
在此基础上，研究人员又提出了一种重复片段介导的同源重组方法。采用该方法，研究人员在5个基因位点上实现了片段替换和原位标签蛋白的精准融合，效率最高可达11.4%。
朱健康表示，片段靶向敲入和替换方法的建立将使靶向敲入成为一项与靶向敲除一样的常规试验，并推进农作物定向遗传改良的进程。