裸眼可視化工具盒ViMeBox助力玉米基因編輯

（2021.3.15 植物生物技術Pbj）

基因編輯技術是作物遺傳育種中一項革新性技術，應用前景十分廣闊?；蚓庉嬕蕾囘z傳轉化技術將Cas9、sgRNA等基因編輯元件導入植物細胞中實現靶向修飾?？焖偬蕹蚓庉嬙τ诨蚓庉嫯a品商業化研發至關重要。一方面基因編輯元件會繼續產生新突變，影響純合基因型的分離和表型鑒定的穩定性和時效性;另一方面，含基因編輯元件的材料涉及外源基因插入，易引發生物安全方面的擔憂。雖然通過后代回交轉育可以去掉外源基因成分，但過程周期長、效率低、成本高，制約了技術規?；瘧?。開發簡單、快速分離Cas9成分的玉米基因編輯技術有助于加速玉米育種進程、降低監管成本、推進基因編輯產業化。模式植物中已經開發了多色熒光，以及紫色花青素和紅色甜菜紅素的標記系統，但在玉米中有效的標記系統仍然較少。各色熒光蛋白需要特殊波長激發光設備等，應用場景受限。而花青素和甜菜紅素雖然可以實現裸眼可視化，但由于次生代謝物合成復雜，易受環境因素影響。

為了獲得裸眼可視的篩選效果，來自華中農業大學、吉林省農業科學院和未米生物科技（江蘇）有限公司的研究人員聯合開發了可視化基因編輯工具盒 “ViMeBox，VIsual Maize Editing toolBox”。近日，以題為“Seeing is believing： a visualization toolbox to enhance selection efficiency in maize genome editing”的研究論文在《Plant Biotechnology Journal》在線發表。

研究通過對GFP、YFP、AmCyan、DsRed2等多種熒光蛋白在玉米中開展裸眼可視效果測試，明確DsRed2表達高時肉眼可見，進一步引入CaMV35S增強子提高表達量，最終實現了不依賴于激發光設備的裸眼可視篩選?；蚓庉嬓蕼y試結果同樣表明，引入裸眼可視標記沒有改變基因編輯效率;為進一步擴大裸眼可視化的應用范圍，研究利用增強型的糊粉層優選表達啟動子（CaMV35S-pHvLtp2）、胚特異性表達啟動子（eCaMV35S-pZmESP）和胚優選表達啟動子（eCaMV35S-pZmGlb1）產生了多樣的裸眼可視顯色位置，為實現ViMeBox的多場景應用提供了新工具。

與已報道的Cas9標記相比，ViMeBox存在以下技術優勢：（1）不依賴于特殊的激發光設備，在自然光下通過裸眼即可從早代玉米籽粒顏色上剔除Cas9元件;（2）不影響種子萌發和生長發育，基因編輯效率與常規方法相比無顯著差異，且不易受環境因素影響，可視效果穩定;（3）具備多種顯色模式，可以滿足不同應用場景。此外，ViMeBox技術與其他技術整合后，應用前景將更為廣闊，如與新興的單倍體基因編輯技術HI-Edits或IMGE結合，在單倍體誘導后代材料中可以通過識別胚紅色信號快速剔除雙倍體，有效加快單倍體后代的篩選速度，有望大幅度提高HI-Edits或IMGE的工作效率。

華中農業大學嚴建兵教授團隊在職博士生、未米生物科技（江蘇）有限公司技術負責人許潔婷為論文第一作者，吉林省農業科學院劉相國研究員為論文通訊作者。此外，來自華中農業大學的博士生簡六梅、吉林省農業科學院的尹悅佳副研究員和陳子奇博士，以及未米生物科技有限公司的韓寶柱工程師等多名科研人員參與了本項目研究。該研究得到了國家轉基因重大專項、國家自然科學基金、吉林省農業創新工程杰出青年基金項目資助。

ViMeBox研發是我國科技發展新形勢下“校-院-企”跨省跨單位跨學科聯合攻關的新型科研組織模式的成果，有效實現了農業高校、地方農科院和科技企業的技術優勢互補。未米公司的前沿技術平臺、高效管理和豐富經驗保障了載體構建、遺傳轉化、分子構建和溫室種植等科研系統性工作的迅速開展。未來，三方將在基因編輯技術創新領域繼續合作研發，開發更多工具加入ViMeBox，使生物技術科研工作更簡易、更便捷。

特別值得注意的是，來自中國農科院作物科學研究所謝傳曉研究組及其合作者近日也發表了利用玉米種子熒光報告系統輔助CRISPR/Cas基因編輯技術的工作[https：//doi.org/10.1111/jipb.13086]，相信這一系列工具的推出將大大促進我國作物基因編輯基礎研究及產業應用。