CRISPR 插图。图片来源：美国国立卫生研究院
多重基因激活系统的激活能力是当前 CRISPR 技术的 4 到 6 倍，一次同时激活多达 7 个基因。
在自然植物上发表的新研究中 , 马里兰大学 (UMD) 植物科学副教授齐一平介绍了一种新的改进的植物 CRISPR 3.0 系统，专注于基因激活而不是传统的基因编辑。这个第三代CRISPR系统专注于多重基因激活，这意味着它可以同时增强多个基因的功能。
据研究人员称，该系统的激活能力是当前最先进的 CRISPR 技术的 4 到 6 倍，同时展示了多达 7 个基因的高精度和高效率。虽然 CRISPR 因其可以剔除不良基因的基因编辑能力而广为人知，但激活基因以获得功能对于为未来创造更好的植物和作物至关重要。
“虽然我的实验室之前已经生产了用于同步基因编辑[多重编辑]的系统，但编辑主要是为了改善作物的功能损失，”齐解释说。 “但如果你仔细想想，这种策略是有限的，因为没有无穷无尽的基因可以关闭，实际上仍然可以获得有价值的东西。从逻辑上讲，这是一种非常有限的方法来设计和培育更好的性状，而植物可能已经进化为具有不同的途径、防御机制和只需要增强的性状。通过激活，你可以真正提升通路或增强现有能力，甚至实现新功能。您可以利用基因组中已经存在的功能并增强您知道有用的东西，而不是关闭事物。”
在他的新论文中，Qi 和他的团队在水稻、西红柿和拟南芥（最流行的模式植物物种，俗称芥菜）中验证了 CRISPR 3.0 系统。该团队表明，您可以同时激活多种基因，包括加快开花以加快育种过程。但这只是多重激活的众多优势之一，Qi 说。
“拥有一个更加简化的多路激活过程可以提供重大突破。例如，我们期待使用这项技术更有效地筛选基因组，寻找有助于应对气候变化和全球饥饿的基因。我们可以使用这个新系统在更大范围内设计、定制和跟踪基因激活，以筛选重要基因，这将非常有助于植物中的发现和转化科学。”
由于 CRISPR 通常被认为是可以切割 DNA 的“分子剪刀”，因此这种激活系统使用了只能结合的失活 CRISPR-Cas9。如果没有切割能力，该系统可以通过与某些 DNA 片段结合来专注于为特定的感兴趣基因招募激活蛋白。 Qi 还测试了他的 CRISPR-Cas9 的 SpRY 变体，这极大地拓宽了可靶向激活的范围，以及他最近的 CRISPR-Cas12b 系统的失活形式，以显示跨 CRISPR 系统的多功能性。这显示了扩展多重激活的巨大潜力，这可以改变基因组工程的工作方式。
“人们总是谈论如果你能培养和提升他们的天赋，个人将如何拥有潜力，”齐说。 “这项技术让我兴奋不已，因为我们正在植物中推广同样的东西——你如何提升它们的潜力，帮助植物利用其自然能力做更多事情？这就是多重基因激活可以做的事情，它为我们提供了许多作物育种和改良的新机会。”
参考文献：“CRISPR–Act3.0 用于植物中的高效多重基因激活”，作者：Changtian Pan、Xincheng Wu、Kasey Markel、Aimee A. Malzahn、Neil Kundagrami、Simon Sretenovic、Yingxiao Zhang、Yanhao Cheng、Patrick M. Shih 和 Yiping齐，2021 年 6 月 24 日，自然植物 .
DOI：10.1038/s41477-021-00953-7
这项工作由资助 美国国家科学基金会 ，奖项 #1758745 和 #2029889。
