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自

CRISPR-Cas9

基因

編輯技術誕生以來，大家對其“

基因魔剪

”這個代稱印象過於深刻，以至於忽略了其同樣可以作為基因表達增強和基因表達降低的工具。

最早開發出CRISPR-dCas9，並將其應用到

基因表達增強

（CRISPRa）和

基因表達降低

（CRISPRi）的是斯坦福大學的

亓磊

，該技術可以在不導致DNA雙鏈斷裂的情況下，精準調控基因表達水平，這也大大擴充套件了CRISPR技術的應用範圍和潛力。

2021年6月24日，馬里蘭大學

戚益平

團隊在

Nature

子刊

Nature Plants

發表了題為：CRISPR–Act3。0 for highly efficient multiplexed gene activation in plants的研究論文。

該研究開發了名為CRISPR–Act3.0的基因編輯技術，能夠在植物中實現多重基因啟用。該系統的啟用能力是當前最先進的CRISPR啟用技術的四到六倍，並且可以一次啟用多大7個基因

。

啟用基因以獲得功能增益，對於創造更好的植物尤其是農作物具有重要意義。

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雖然之前已有研究將CRISPR啟用（CRISPRa）成功用於植物基因地啟用，但是一次啟用多個基因仍然存在挑戰，而啟用基因表達以獲得功能增益，對於創造更好的植物尤其是農作物具有重要意義。

為了實現這一目標，研究團隊在植物中引入了一種新的改進CRISPR系統，並命名為：

CRISPR–Act 3.0

。這一第三代CRISPR系統專注於多重基因啟用，可以同時增強多個基因的功能。

戚益平

團隊之前開發植物中的多重基因編輯技術，透過敲除多個基因改進作物，但是這種策略潛力有限，因為並沒有多少基因能夠透過降低表達來實現作物的改進。

而增強就不一樣了，可以透過增強基因表達，甚至增加新的基因，來提高我們想要的功能。

對於CRISPRa，是基於切割活性喪失的dCas9結合多種轉錄啟用因子，在嚮導RNA（gRNA）實現的，gRNA引導dCas9和轉錄因子結合在特定的DNA序列，從而啟用基因表達。由於dCas9的DNA切割活性喪失，因此不會造成DNA雙鏈斷裂，因此具有更高的安全性。

第一代CRISPRa系統基於

dCas9-VP64

，第二代CRISPRa系統包括

dCas9-SunTag

等，第二代系統能夠串聯多個VP64，實現更高水平的基因啟用。

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在這項研究中，研究團隊開發的

CRISPR–Act 3.0

，dSpCas9與VP64融合，其偶聯的gR2。0包含兩個MS2 RNA適體，用於招募更多與SunTag融合的MS2噬菌體外殼蛋白（MCP）。

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研究人員在

水稻

、

西紅柿

和

擬南芥

中驗證了

CRISPR-Act 3.0

系統的效果。試驗結果表明，

CRISPR-Act 3.0

可以同時啟用多種基因，包括

加快開花速度

以

加快育種過程

的基因。

此外，為了靶向富含T的PAM序列，研究團隊還CRISPR-Act 3。0應用到了

Cas12b

，研究團隊還開發了基於

SpRY

變體的不依賴PAM序列的CRISPR-Act3。0系統，這些在啟用效力和靶向範圍方面均優於dCas9-NG系統。

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總的來說，該研究開發了一個簡介的多重基因啟用的策略，無論在效果上，還是效率上，都遠超目前的CRISPR啟用技術。這一技術對於設計、定製、創造更優秀的作物具有重要應用價值，也有助於應對氣候變化和全球飢餓。