Nature Commun.|植物的遗传可以特异调控

CRISPR / Cas分子剪刀的新应用有望在作物种植方面取得重大进展。 在卡尔斯鲁厄技术学院（KIT），分子生物学家Holger Puchta团队的研究人员已成功使用CRISPR / Cas修饰了染色体上的基因序列。 在全球范围内，他们首次在拟南芥模式植物中进行了已知的染色体修饰，并证明了如何撤销基因序列的反向转化，从而可以特异性地控制遗传。 结果发表在《自然通讯》上。

大约5000年前，拟南芥的遗传信息被修改了。到目前为止，它已经广泛传播并引起了科学界的极大兴趣。在植物的4号染色体上，发生了一个所谓的倒置：染色体在两点处断裂，然后重新组合起来。断开的部分重新插入，但旋转了180°。结果，染色体上的基因序列颠倒了。这种染色体突变在研究中被称为“球状hk4S”，这是一个例子，说明进化不仅能改变生物体的遗传物质，而且能长期决定它。”分子生物学家霍尔格·普奇塔解释说：“在倒置部分，基因在遗传过程中不能在同源染色体之间交换。

图 1 诱导 hk4s 倒置的结构设计、检测和组成

研究人员消除了作物种植的障碍

染色体倒置不仅仅在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中出现， 倒置也可以在农作物中发现。 它们是利用遗传物质的修饰来产生最大产量和良好植物品味并使植物抗病，害虫和极端气候条件的栽培的障碍。

现在，来自KIT植物园Puchta的分子生物学和生物化学教授的研究人员现在首次成功地消除了自然倒置。 “我们大大扩展了CRISPR / Cas分子剪刀的应用范围，” Puchta说。 “我们不再使用剪刀在染色体之间交换臂，而是在单个染色体上重组基因。我们现在第一次证明，可以直接控制遗传过程。我们可以在一个地区实现遗传交换 ，这在以前是不可能的。

因此，我们已经将染色体工程确立为一种新型的农作物种植方式。” 分子剪刀精确切割DNA KIT科学家与来自盖特斯勒本的莱布尼兹植物遗传与作物植物研究所（IPK）的安德烈亚斯·霍本教授，阿姆斯特丹大学的Paul Fransz教授的研究人员一起，对拟南芥第4号染色体进行了最杰出的自然转化hk4S研究。

拟南芥并证明了如何可以逆转这种逆转以及如何在栽培中实现遗传交换。 他们的发现发表在《自然通讯》上。 研究人员还认为，可以使用CRISPR / Cas产生新的倒位，这是迈向结合所需性状并消除作物栽培中不良特性的又一步。

霍尔格·普赫塔（Holger Puchta）被认为是利用分子剪刀利用突变的自然原理来精确修饰植物中遗传信息而无需引入外源DNA的基因组编辑的先驱。

他的当前项目“多维CRISPR / Cas介导的植物育种工程”，简写为CRISBREED，现在致力于利用CRISPR / Cas技术重组植物染色体。

————CRISPR（代表簇状规则间隔的短回文重复序列）代表DNA上带有遗传信息的特定部分。 Cas是一种酶，可识别该区域并在该位置精确切割DNA，以去除，插入或交换基因，重组染色体，并首次对其进行基因修饰。

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