植物基因組編輯對作物育種技術升級、保障糧食安全具有重要意義。當前主流的精準編輯技術多數基于先導編輯系統，制約了自主創新成果的產業化進程。
近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所等，開發了一種新型基因組編輯策略——“榫卯系統”（MT）。該系統在水稻中實現了16.30%—59.47%的精準插入與替換效率，為植物基因組精準編輯提供了新工具，相關研究成果為作物遺傳改良開辟了新路徑。
MT系統的設計靈感源于中國古建筑傳統木工榫卯結構，核心在于構建 “榫頭”（tenon）和“卯眼”（mortise）的精準互補配對。研究團隊利用遺傳發育所高彩霞團隊此前開發的精準DNA刪除系統（AFID）中的APOBEC-Cas9-UDG/AP裂解酶復合體，在基因組目標位點產生獨特的雙鏈斷裂結構，即帶有單鏈或雙鏈5’-突出端的“卯眼”，同時設計帶有互補5’-粘性末端的雙鏈DNA供體作為“榫頭”，通過末端捕獲作用實現供體片段的精準插入或替換。
該系統展現出三大核心優勢：一是特異性強，MT系統利用APOBEC3B對TC基序的特異性識別，可精準生成預期長度的粘性末端，有效避免非特異性編輯；二是適用性廣，無論是單TC基序還是多TC基序的目標位點，均可通過設計對應粘性末端的供體實現高效編輯；三是功能全面，既能完成小片段的精準插入，也能實現片段替換，且編輯事件可穩定遺傳給后代。在水稻GRF1、NRT1.1B、SLR1、D53和IPA1等多個基因位點的測試中，MT系統的精準編輯效率顯著優于傳統系統，最高達到59.47%。
值得關注的是，MT系統在理論上具備大片段DNA編輯潛力。若能實現長鏈雙鏈DNA供體的5’-粘性末端修飾，該系統有望突破現有技術對插入片段長度的限制，為作物復雜性狀改良、關鍵基因簇導入等提供更高效的解決方案。目前，研究團隊已針對MT系統的供體遞送效率、大片段供體制備等關鍵技術進行優化探索。未來通過結合新型遞送技術與供體修飾方法，有望進一步降低脫靶風險，實現基因組DNA大片段精準編輯，拓展該系統在更多作物中的應用場景。
相關研究成果發表在《分子植物》（Molecular Plant）上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等的支持。
論文鏈接
MT系統工作原理示意圖
本文鏈接：科研人員開發出新型基因組編輯策略http://m.sq15.cn/show-12-2173-0.html
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