CRISPR3.0来了，一次激活多个基因表达，将在育种领域大显身手

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撰文 | 王聪

编辑 | nagashi

排版 | 水成文

自CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生以来，大家对其“基因魔剪”这个代称印象过于深刻，以至于忽略了其同样可以作为基因表达增强和基因表达降低的工具。

最早开发出CRISPR-dCas9，并将其应用到基因表达增强（CRISPRa）和基因表达降低（CRISPRi）的是斯坦福大学的亓磊，该技术可以在不导致DNA双链断裂的情况下，精准调控基因表达水平，这也大大扩展了CRISPR技术的应用范围和潜力。

2021年6月24日，马里兰大学戚益平团队在 Nature 子刊 Nature Plants 发表了题为：CRISPR–Act3.0 for highly efficient multiplexed gene activation in plants 的研究论文。

该研究开发了名为 CRISPR–Act3.0 的基因编辑技术，能够在植物中实现多重基因激活。该系统的激活能力是当前最先进的CRISPR激活技术的四到六倍，并且可以一次激活多大7个基因。激活基因以获得功能增益，对于创造更好的植物尤其是农作物具有重要意义。

虽然之前已有研究将CRISPR激活（CRISPRa）成功用于植物基因地激活，但是一次激活多个基因仍然存在挑战，而激活基因表达以获得功能增益，对于创造更好的植物尤其是农作物具有重要意义。

为了实现这一目标，研究团队在植物中引入了一种新的改进CRISPR系统，并命名为：CRISPR–Act 3.0。这一第三代CRISPR系统专注于多重基因激活，可以同时增强多个基因的功能。

戚益平团队之前开发植物中的多重基因编辑技术，通过敲除多个基因改进作物，但是这种策略潜力有限，因为并没有多少基因能够通过降低表达来实现作物的改进。

而增强就不一样了，可以通过增强基因表达，甚至增加新的基因，来提高我们想要的功能。

对于CRISPRa，是基于切割活性丧失的dCas9结合多种转录激活因子，在向导RNA（gRNA）实现的，gRNA引导dCas9和转录因子结合在特定的DNA序列，从而激活基因表达。由于dCas9的DNA切割活性丧失，因此不会造成DNA双链断裂，因此具有更高的安全性。

第一代CRISPRa系统基于dCas9-VP64，第二代CRISPRa系统包括dCas9-SunTag等，第二代系统能够串联多个VP64，实现更高水平的基因激活。

在这项研究中，研究团队开发的CRISPR–Act 3.0，dSpCas9与VP64融合，其偶联的gR2.0包含两个MS2 RNA适体，用于招募更多与SunTag融合的MS2噬菌体外壳蛋白（MCP）。

研究人员在水稻、西红柿和拟南芥中验证了CRISPR-Act 3.0系统的效果。试验结果表明，CRISPR-Act 3.0可以同时激活多种基因，包括加快开花速度以加快育种过程的基因。

此外，为了靶向富含T的PAM序列，研究团队还CRISPR-Act 3.0应用到了Cas12b，研究团队还开发了基于SpRY变体的不依赖PAM序列的CRISPR-Act3.0系统，这些在激活效力和靶向范围方面均优于dCas9-NG系统。

总的来说，该研究开发了一个简介的多重基因激活的策略，无论在效果上，还是效率上，都远超目前的CRISPR激活技术。这一技术对于设计、定制、创造更优秀的作物具有重要应用价值，也有助于应对气候变化和全球饥饿。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-021-00953-7

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