通过病毒递送工程改造的TnpB蛋白实现高效、无转基因的植物基因组编辑

《Nature Plants》：High-efficiency, transgene-free plant genome editing by viral delivery of an engineered TnpB

基因组编辑技术革新植物生物学研究，但递送效率受限。本研究优化烟草花叶病毒（TRV）系统递送高活性ISDra2 TnpB变体eTnpBc，实现系统叶90%编辑效率，子代89%突变表型，100%编辑效率。提出设计原则可推动eTnpBc在高效无转化植物基因组编辑中的应用。

　　

摘要

基因组编辑技术彻底改变了植物生物学研究¹，然而高效地递送编辑试剂仍然是一个挑战。目前的方法劳动强度大，需要长时间的组织培养以及复杂的转化和再生步骤。病毒递送可以缓解这些问题²，但CRISPR–Cas核酸酶的载量限制使得引导RNA（gRNA）难以被递送到表达Cas9的转基因植物中^{2,3,4,5,6,7,8,9,10,11}。这需要先构建一个Cas9转基因株系。此外，通过植物病毒载体递送的gRNA虽然能够引起体细胞编辑，但只有少数能够产生可遗传的编辑效果^{3,4,5,6,7,9,10,11,12}。一些经过改造的负链弹状病毒能够同时递送Cas9和gRNA，但它们也存在其他问题，比如需要组织再生或修剪受感染的植物，而且某些弹状病毒只能通过载体传播^13,14,15,16。最近发现了一些活性较低的编辑工具（如TnpB），但它们的活性远低于Cas9^17,18,19。在这里，我们优化了一种基于烟草皱缩病毒的系统，用于递送最新研发的、高活性的ISDra2 TnpB变体。eTnpBc变体能够在叶片中实现有效的体细胞编辑，在目标位点的编辑效率可达90%；此外，高达89%的后代表现出突变表型，编辑效率可达到100%。本文阐述的设计原则有助于推动eTnpBc的更广泛应用，从而实现高效、无需转化且不产生转基因的植物基因组编辑。