基因编辑技术一直被视为改良生物性状和研究基因功能的强大工具。12月26日，我所研究团队以“Identification of U6 Promoter and Establishment of Gene-Editing System in Larix kaempferi (Lamb.) Carr.”为题在Plants上发表研究论文，展示了其在落叶松基因编辑领域的突破性研究成果，成功建立了日本落叶松的CRISPR/Cas9基因编辑系统，为松树生物育种带来了革命性的新工具。
CRISPR/Cas9系统已广泛应用于基因编辑领域，但在针叶树中的应用一直受限于较低的编辑效率。为解决这一问题，研究人员以LaSCL6基因为目标，探索了内源和外源U6启动子对基因编辑效率的影响，通过筛选日本落叶松U6启动子，并使其在CRISPR/Cas9基因编辑系统中驱动sgRNA表达，分析基因编辑的频率和类型，成功建立了日本落叶松CRISPR/Cas9基因编辑系统。
研究团队在日本落叶松中鉴定出14个U6基因，并发现它们分为三个不同的分支。通过构建CRISPR/Cas9基因编辑载体，研究人员利用农杆菌介导的遗传转化技术，将4个载体转化到日本落叶松胚性愈伤组织中，成功获得了多个抗性细胞系。
图1 LaSCL6编辑位点及载体构建示意图
研究发现，转基因材料ProAtU6-26、ProLaU6-1和ProLaU6-7的基因编辑效率分别为4.92%、6.25%和14.29%，表明日本落叶松内源LaU6启动子驱动的基因编辑效率远高于外源AtU6-26启动子。此外，通过对转基因细胞系分析，发现了3种单碱基替换突变和1种基因片段缺失突变。研究发现单碱基替换并没有改变LaSCL6蛋白序列，但碱基缺失导致了氨基酸序列发生变化。这一结果对于理解基因编辑对蛋白质功能的影响具有重要意义。
表1 日本落叶松转基因效率和基因编辑效率
图2 LaSCL6编辑后的核酸序列
该研究在日本落叶松中成功建立了CRISPR/Cas9基因编辑系统，并发现内源LaU6基因的启动子驱动sgRNA表达能达到更高的编辑效率。该技术体系的建立使日本落叶松新性状的引入及现有性状的改良成为可能。
东北林业大学林学院硕士生邢俊霞为该论文的第一作者，我所李万峰研究员和东北林业大学林学院杨玲教授为该论文的通讯作者。该研究得到了农业生物育种国家科技重大专项（2022ZD0401602）的资助。（李万峰/林业所 邢俊霞/东北林业大学）