大跌眼鏡，CRIPSR編輯作物怎麼能發在Cell上

iNature：基因編輯提供了一個強大的工具，可定點在順式元件上產生更多的突變，這不但可以加快對這些元件功能的認識，而且為作物改良提供了另一個選擇。這篇文章中主要利用CRISPR/Cas9在對番茄中影響果實大小的SICLV3基因,影響花分枝的COMPOUND INFLORESCENCE (S)基因及影響植株形態的SELFPRUNING (SP)基因的上游2K區域順式元件進行了突變，得到了大量的、可遺傳的在順式作用元件的突變及一系列性狀改變的株系，並分析了二者之間的關係。該文表明，通過基因編輯的手段編輯順式作用元件，可以得到一系列有利的QTL性狀，從而用於作物的改良。

通過對QTL基因的研究及GWAS分析表明，許多重要的遺傳信息的改變發生在順式調控區域。這些順式調控元件的改變一般會影響基因表達的時期，位置及表達量等，從而導致細微的性狀改變（數量性狀，QTL），這些微小性狀的改變往往在育種過程中有更大的價值，這些QTL性狀也（variations）是植物和動物進化及馴化的動力(Meyer and Purugganan,2013; Olsen and Wendel, 2013; Wang et al., 2014; Wittkopp and Kalay, 2011)。由於自然或誘變發生的在順式作用元件上的突變相對較少，而且在這些位置的突變往往只有細微的性狀變化(比較難被發現)，所以目前對於順式作用元件功能的研究還非常少(Wittkopp and Kalay, 2011)。

基因編輯提供了一個強大的工具，可定點在順式元件上產生更多的突變，這不但可以加快對這些元件功能的認識，而且為作物改良提供了另一個選擇。這篇文章中主要利用CRISPR/Cas9在對番茄中影響果實大小的SICLV3基因,影響花分枝的COMPOUND INFLORESCENCE (S)基因及影響植株形態的SELFPRUNING (SP)基因的上游2K區域順式元件進行了突變，得到了大量的、可遺傳的在順式作用元件的突變及一系列性狀改變的株系，並分析了二者之間的關係。該文表明，通過基因編輯的手段編輯順式作用元件，可以得到一系列有利的QTL性狀，從而用於作物的改良。

這篇文章首先在功能比較明確的順式作用元件上，驗證是否可以用基因編輯的方法來改變QTL性狀。已有文章報道在SIWUS（它可以促進幹細胞的增殖）基因下游有一個負調控元件CArG，預測它可以被AGAMOUS調控，從而下調WUS基因的表達。在番茄馴化過程中，由於這段序列的突變，影響AGAMOUS的結合，進而影響WUS的表達，從而導致產生更多小腔的西紅柿（更大的西紅柿）。用CRISPR/Cas9突變野生型番茄中的CArG序列後，產生了有更多小腔的更大的番茄。在栽培番茄中突變這段調控元件，也可以使番茄小腔的數目進一步的增加。

點評：用基因編輯技術突變順式作用元件已經發表過一些文章，如用TALEN和CRISPR/Cas9方法突變水稻OsSWEET14啟動子上的順式作用元件，可以使水稻抗病。這個工作的一個小的亮點是除了在野生番茄品種中驗證這個調控元件的功能外，也證明編輯這段序列也可以使栽培番茄變大。

大多數的順式作用元件，特別有很多SNPs的順式作用元件，很難將某段特定的順式作用元件與QTL的表型聯繫在一起。該文希望通過編輯基因上游2K的序列，得到一系列在不同位置的突變，通過分析不同突變與QTL表型的關係，來研究不同位置順式作用元件的功能。

首先該文隨機在SICLV3基因的上游2k的區段設計的8個sgRNA，得到了4株有含有突變的株系，通過分析，找到了一些可遺傳的，與QTL表型關聯的可能的順式作用位點。

點評:該文第一次用基因編輯的方法，在啟動子上找順式作用元件，是本文的最大的亮點。該文選擇的基因是在發育過程中起著重要作用的CLV3基因，基因表達變化後，表型比較容易觀察。推廣這種方法研究其它基因上的順式作用元件的功能，需要找基因表達變化後有明顯表型的基因。

理論上講，需要足夠多的突變類型及及相應的表型，才更可能找到與QTL表型相關的順式作用元件。上面對SICLV3順式作用元件的研究，只得到了4株目標序列有突變的番茄及有限的突變類型。為了得到更多的突變類型，該文中將轉基因單拷貝的T0株系與野生型番茄雜交，在F1代（CLV3/clv3），轉基因陽性的株系（其中有Cas9）會繼續突變野生型的序列，從而產生更多的突變類型。通過這種方式可以比較方便的得到更多的突變類型。通過測序24株帶Cas9的表型表明，所有的這些株系中都產生了新的突變。

進一步在F2代可以得到了一系列有表型的transgene-free的純合株系，並在F3代中分析了這些表型與可能的突變位點之間的關係。通過比較不同的突變類型，以及與野生型番茄上的序列比較，發現有些位點與表型有關聯，但沒有發現明顯的線性關係的關聯，這說明順式作用元件對錶型的的影響比較複雜，可能基因型與表型之間並不是簡單的線性關係，進一步表明通過基因編輯，得到大量不同突變類型的方式，對於研究順式作用因子的研究比傳統的突變體的方式有明顯的優勢。

進一步用這種方法編輯的了COMPOUND INFLORESCENCE (S)基因及SELF PRUNING (SP)基因上游2K區域，令人振奮的是，得到了一系列性狀改良的番茄植株。這說明通過編輯順式作用元件，可以得到在育種中有價值的QTLs，這大大增加了選育的範圍，為作物的改良提供了一種強有力的手段。

點評：儘管這篇文章為作物改良提供了一個新的思路，但是想法只是停留在紙面上，有一些都是得進一步驗證，沒有足夠的證據去支持，故覺得還不足以發表在CELL。但反過來說，這樣的文章CELL認同，說明對作物改良的研究很是非常重要的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！