子科生物報(bào)道：高效便捷的基因組操縱技術(shù)可推動(dòng)病原菌致病機(jī)理的研究。水稻是世界上主要的糧食作物，由水稻白葉枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白葉枯病是威脅水稻生產(chǎn)的主要病害之一。近日，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所的邱金龍團(tuán)隊(duì)利用水稻白葉枯菌內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)，建立了高效的基因組編輯方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)白葉枯菌的精準(zhǔn)遺傳修飾，相關(guān)研究成果以“Highly efficient genome editing in Xanthomonas oryzae pv. oryzae through repurposing the endogenous type I-C CRISPR-Cas system”發(fā)表在Molecular Plant Pathology雜志上。 

　　水稻白葉枯菌基因組中存在唯一一個(gè)CRISPR-Cas系統(tǒng)，根據(jù)其特征它屬于I-C型。RNA-Seq的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)該CRISPR-Cas系統(tǒng)重要組分的編碼基因在白葉枯菌中被轉(zhuǎn)錄，表明其可能具有生物學(xué)功能。 

　　通過(guò)生物信息分析并結(jié)合質(zhì)粒干擾實(shí)驗(yàn)，研究人員鑒定了該CRISPR-Cas系統(tǒng)識(shí)別的PAM（protospacer adjacent motif）為5’-TTN-3’和5’-CTC-3’。他們利用設(shè)計(jì)靶向目的基因的向?qū)NA及同時(shí)提供修復(fù)模板DNA，此內(nèi)源CRISPR系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基因編輯，然而效率較低，很大程度是由于水稻白葉枯菌自身的同源重組效率低下。 

　　為進(jìn)一步提高編輯效率，研究人員引入了外源λ-Red重組系統(tǒng)，從而獲得了高效的多種基因組編輯，包括基因敲除、基因插入、堿基替換和基因替換。更為重要的是，基于Cas3核酸酶單向持續(xù)性降解DNA的特點(diǎn)，研究人員利用該內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)可在白葉枯菌基因組上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)212 kb的大片段刪除。這一高效的基因組編輯方法可助力以水稻-白葉枯菌為模式系統(tǒng)的植物免疫研究。 此外，基于內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)的基因組編輯不需要遞送多個(gè)編輯元件，極大簡(jiǎn)化了基因編輯的流程和難度。因此，該策略也應(yīng)同樣適用于其他含有內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)的植物病原細(xì)菌，從而推動(dòng)不同病原菌的功能基因組學(xué)研究。 

　　邱金龍研究組的博士研究生姜丹丹、博士后張丹丹和助理研究員李盛楠為該文章的共同第一作者，邱金龍研究員為通訊作者。此項(xiàng)研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)性專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生物互作卓越中心和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的資助。 

　　圖. 基于內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效的水稻白葉枯菌的基因組編輯