[发明专利]一种基因编辑系统及应用其对植物基因组进行编辑的方法

说明书

本发明公开了一种基因编辑系统及应用其对植物基因组进行编辑的方法。该基因编辑系统包括sgRNA转录单元，以及由顺次连接的来源于玉米的DMC1基因启动子和Cas9基因组成的DMC1p‑Cas9转录单元，其中，sgRNA识别的靶位点符合5’‑Nx‑NGG‑3’或者5’‑CCN‑Nx‑3’序列规则，N代表A、T、C和G中的任何一种，14≤X≤30，且X为整数，N_X表示X个连续的脱氧核糖核苷酸。本发明的基因编辑系统将有望提高单子叶植物中的基因组编辑效率，促进作物遗传改良以及基础研究。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种基因编辑系统及应用其对植物基因组进行编辑的方法。

背景技术

传统的育种技术主要依赖于自然界发生的遗传变异，通过杂交和回交等手段获得拥有优良性状的作物品种。但是自然的变异往往是随机的、有限的。最近几十年发展的转基因技术为作物育种提供了良好的机遇，基因工程育种也取得了巨大的成绩。转基因技术是通过将外源的目的DNA片段用人工的手段将其导入到植物的基因组从而获得某些优良性状如抗虫、抗除草剂等。转基因技术的特点使得获得的转基因植物含有外源的遗传物质，因此转基因食品的安全也为公众所担忧。近些年发展起来的基因组编辑(Genome editing)技术为作物功能基因组研究以及育种提供了新的机遇。

目前主要的基因组编辑技术包括三种，即：锌指核酸酶(Zinc finger nuclease，ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator like effectornuclease，TALEN)和成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9，CRISPR/Cas9)。这三种技术均能实现在基因组中的特异的靶位点产生DNA双链断裂(Doublestrand break，DSB)，借助细胞内源的DSB修复机制，获得基因组特异位点的插入或缺失等变异，实现基因组的编辑。由于CRISPR/Cas9系统的利用相对简单和高效，目前已经被广泛用于植物的基础以及应用研究。CRISPR/Cas9系统在主要的农作物如水稻、小麦、玉米、大豆等均已经获得了成功的应用，展现出了强大的育种应用潜力。

CRISPR/Cas9系统的编辑效率对其在作物基础研究以及应用研究中是必须考虑的一个因素。高的编辑效率不但可以节省人力和资源成本，也使得全基因组的大规模基因编辑容易实现，因而促进新的基因或遗传位点的发掘。而CRISPR/Cas9系统的编辑效率主要受到以下一些因素的影响：如用于驱动Cas9表达的启动子，用于驱动sgRNA表达的启动子，编辑的靶位点等等。对这些因素进行有针对性的优化(如寻找在愈伤组织中更高效表达的启动子)将有提高基因编辑效率的潜力。目前CRISPR/Cas9系统对作物的实践研究中用于驱动Cas9基因表达的主要用到两种组成型表达的启动子：烟草花叶病毒的35S启动子和玉米的ubiquitin基因启动子。在玉米中，基于农杆菌的转化体系，已有的报道中产生纯合或双等位突变体植株的平均频率分别为<1％(35S)、13％(Ubi)和30％(Ubi)。小麦中已报道的编辑效率在10％左右，且基于基因枪转化体系。基于农杆菌转化体系的在小麦中目前还未见有报道。因此，有必要在农作物中发掘和探索新的启动子用于驱动Cas9基因的表达实现更高效的基因组编辑，从而节约时间和人力成本，也使得作物全基因组的大规模编辑更容易实现，促进CRISPR/Cas9系统在作物的基础和应用研究中发挥更强大的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新的基因编辑系统及应用其对植物基因组进行编辑的方法，以期解决上述现有技术中存在的至少部分技术问题。