高彩霞

全球最优秀的小麦基因工程专家

2014年,在中科院遗传与发育生物学研究所担任研究员的高彩霞,与中科院微生物研究所的邱金龙研究员合作,利用CRISPR-Cas9等技术,在六倍体面包小麦中成功实现同时编辑3个同源等位基因,由此赋予小麦对“白粉菌”的遗传性抵抗力。此成果在《自然》子刊中发表,并作为唯一一篇植物学研究成果入选《Nature》杂志分册评选为“二十年二十篇”优秀论文。高彩霞也于去年入选《Nature》10大中国科学之星。

生物360精选了高彩霞教授在2016-2017年发表的3篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Yi Zhang, Zhen Liang, Yuan Zong, Yanpeng Wang,Jinxing Liu, Kunling Chen,Jin-Long Qiu & Caixia Gao.(2017) Efficient DNA-free genome editing of bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein complexes. Nature communications, doi:10.1038/ncomms14261(注:开源paper可下载)

使用CRISPR / Cas9核糖核蛋白复合物对小麦进行高效的DNA-free基因组编辑

摘要:
科学家们已为优化CRISPR / Cas9系统在精细作物育种的应用做了大量研究工作。优化最重要的目的是避免转基因整合并减少脱靶突变。这里我们推荐一种有效的基因组编辑方法,即在小麦中使用CRISPR / Cas9核糖核蛋白(RNPs)。从RNP制备开始,整个流程只需要7~9周,从100个未成熟的小麦胚中产生4~5个独立的突变体。深度测序揭示,在小麦细胞中,RNP介导的基因组编辑脱靶概率比CRISPR / Cas9 DNA编辑的脱靶概率要低得多。与这个发现一致的是,在突变体植物中没有检测到脱靶突变。因为在CRISPR / Cas9 RNP介导的基因组编辑中不使用外源DNA,获得的突变体完全不含转基因。该方法可广泛应用于生产基因组编辑的作物植物,并具有良好的商业化前景

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Li J, Meng X, Zong Y, Chen K, Zhang H, Liu J, Li J*, Gao C* (2016) Gene replacements and insertions in rice by intron targeting using CRISPR/Cas9. Nature Plants, doi: 10.1038/nplants.2016.139. (1co-first authors).(注:开源paper可下载)

通过使用CRISPR / Cas9的内含子靶向在水稻中完成基因置换和插入

摘要:
现在科学家们已经利用序列特异性核酸酶,在各种植物中完成了靶向基因敲除。但是基因替换,甚至在植物基因组中特定基因座处插入基因仍然是一个严重的挑战。在这里,利用在修复途径中占主导地位的非同源末端连接(NHEJ)修复方式在水稻中建立了基于CRISPR/Cas9技术的一种能高效基因替换以及基因定点插入的方法。通过使用靶向相邻内含子的一对单引导RNA(sgRNA)和包括相同对sgRNA位点的供体DNA模板,我们在水稻内源基因5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)中实现了基因置换,频率为2.0%。我们还使用了一个靶向内含子的sgRNA和包括相同sgRNA位点的供体DNA模板,以2.2%的频率完成了靶向基因插入。携带具有预期取代的OsEPSPS基因的水稻植物具有草甘膦抗性。此外,位点特异性基因替换和插入能够完整地传到下一代。这些新开发的方法通常可用于替换靶向基因片段,并将外源DNA序列插入水稻和其他植物中的特定基因组位点中。

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Zhang Y, Liang Z, Zong Y, Wang Y, Liu J, Chen K, Qiu J, Gao C* (2016) Efficient and transgene-free genome editing in wheat through transient expression of CRISPR/Cas9 DNA or RNA. Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms12617. (1 co-first authors). (注:开源paper可下载)

通过CRISPR / Cas9 DNA或RNA的瞬时表达,在小麦中进行有效的无转基因的基因组编辑

摘要:
编辑植物基因组在难以转化的植物中是技术上的挑战,并且通常涉及转基因中间体,其引起调节问题。在这里我们报告两种简单和有效的基因组编辑方法,在这2中方法中,植物愈伤组织细胞能通过瞬时表达由DNA或RNA引入的CRISPR / Cas9促进再生。这种基于瞬时表达的基因组编辑系统,效率高,并具有在T0代产生无转基因和纯合的小麦突变体的特异性。实验证明我们的方法,能在六倍体小麦和四倍体硬粒小麦中完成基因编辑,并表明我们能够生成无可检测的转基因突变体。我们的方法可能适用于其他植物物种,因此说明了其能促进基础和应用植物基因组工程研究的潜力。

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