摘要：研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體，從而在基因上使其失活十分之九。
理想的作物植物是美味和高產(chǎn)，同時(shí)還能抗病蟲(chóng)害。但是，如果相關(guān)基因在染色體上的距離很遠(yuǎn)，那么在繁殖過(guò)程中，這些積極的性狀可能會(huì)丟失。為了確保積極的性狀可以一起傳遞，卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體，從而使其在基因上失去十分之九的活性。染色體這部分編碼的性狀在基因交換中變得“不可見(jiàn)”，因此可以不受影響地遺傳下去。研究人員在《Nature Plants》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
圖1 研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體使編碼的性狀不受影響地遺傳下去（圖源：[1]）
利用CRISPR/Cas分子剪刀可以對(duì)植物中的基因進(jìn)行定向編輯、插入或抑制。(CRISPR是聚類(lèi)規(guī)則間隔短回文重復(fù)。)這種方法可以使植物對(duì)害蟲(chóng)、疾病或環(huán)境影響更有抵抗力。Holger Puchta教授說(shuō):“近年來(lái)，我們首次能夠使用CRISPR/Cas不僅編輯基因，而且改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)。基因是沿著染色體線性排列的。通過(guò)改變它們的序列，我們能夠展示植物中所需的性狀是如何從不需要的性狀中分離出來(lái)的。”
Holger Puchta教授30年來(lái)一直與他在KIT植物研究所的團(tuán)隊(duì)一起研究基因剪刀的應(yīng)用。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)能夠阻止基因交換。基因交換通常是遺傳過(guò)程的一部分，但會(huì)破壞性狀之間的聯(lián)系。Puchta說(shuō):“我們可以幾乎完全關(guān)閉一條染色體，使它看起來(lái)不可見(jiàn)，這樣該染色體上的所有特征就可以在一個(gè)包中傳遞下去。”到目前為止，如果一種植物的性狀要一起遺傳下去，這些性狀的基因必須在同一條染色體上彼此接近。如果這樣的基因在染色體上擴(kuò)散得更遠(yuǎn)，它們通常在遺傳過(guò)程中就會(huì)分離，因此在繁殖過(guò)程中就會(huì)失去有益的性狀。
圖2 照片是從7.5周齡的三株純合、半合和野生植物上拍攝的。未觀察到表型差異。比例尺為5?厘米。實(shí)驗(yàn)獨(dú)立重復(fù)兩次，結(jié)果相似。（圖源：[1]）
向大自然學(xué)習(xí):染色體工程阻止基因交換
在他們的研究中，科學(xué)家們遵循了大自然的榜樣。“這些逆轉(zhuǎn)或倒置——一種基因隱形——也經(jīng)常在野生和栽培植物中以較小的規(guī)模發(fā)生。我們向大自然學(xué)習(xí)，應(yīng)用并擴(kuò)展了我們關(guān)于自然過(guò)程的知識(shí)，”P(pán)uchta說(shuō)。
在與萊布尼茨植物遺傳學(xué)和作物植物研究所(IPK)的Andreas Houben教授的合作中，Puchta和他的團(tuán)隊(duì)將模式生物擬南芥的染色體翻轉(zhuǎn)了十分之九。只有在染色體的末端，基因才保留了原來(lái)的序列。Puchta說(shuō):“有了這些片段，新染色體就可以像其他染色體一樣傳遞給下一代，而不會(huì)完全丟失。”
圖3 3號(hào)染色體上的重組頻率是通過(guò)對(duì)Inversion x Ler-1系（Inv x Ler-1）和對(duì)照Col-0 x Ler 1的400株后代進(jìn)行基于SNP的基因分型來(lái)確定的。（圖源：[1]）
使未來(lái)培育更高效、更健壯的作物植株成為可能
為了有效地培育作物，在一株植物中結(jié)合盡可能多的有利性狀是很重要的。“當(dāng)然，植物育種者希望他們的產(chǎn)品味道好，含有盡可能多的維生素，同時(shí)還能抵抗疾病。用我們的方法，我們可以在未來(lái)讓這變得更容易，”P(pán)uchta說(shuō)。
參考資料：
[1] Massive crossover suppression by CRISPR–Cas-mediated plant chromosome engineering
摘要：研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體，從而在基因上使其失活十分之九。
理想的作物植物是美味和高產(chǎn)，同時(shí)還能抗病蟲(chóng)害。但是，如果相關(guān)基因在染色體上的距離很遠(yuǎn)，那么在繁殖過(guò)程中，這些積極的性狀可能會(huì)丟失。為了確保積極的性狀可以一起傳遞，卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體，從而使其在基因上失去十分之九的活性。染色體這部分編碼的性狀在基因交換中變得“不可見(jiàn)”，因此可以不受影響地遺傳下去。研究人員在《Nature Plants》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
圖1 研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來(lái)反轉(zhuǎn)染色體使編碼的性狀不受影響地遺傳下去（圖源：[1]）
利用CRISPR/Cas分子剪刀可以對(duì)植物中的基因進(jìn)行定向編輯、插入或抑制。(CRISPR是聚類(lèi)規(guī)則間隔短回文重復(fù)。)這種方法可以使植物對(duì)害蟲(chóng)、疾病或環(huán)境影響更有抵抗力。Holger Puchta教授說(shuō):“近年來(lái)，我們首次能夠使用CRISPR/Cas不僅編輯基因，而且改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)。基因是沿著染色體線性排列的。通過(guò)改變它們的序列，我們能夠展示植物中所需的性狀是如何從不需要的性狀中分離出來(lái)的。”
Holger Puchta教授30年來(lái)一直與他在KIT植物研究所的團(tuán)隊(duì)一起研究基因剪刀的應(yīng)用。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)能夠阻止基因交換。基因交換通常是遺傳過(guò)程的一部分，但會(huì)破壞性狀之間的聯(lián)系。Puchta說(shuō):“我們可以幾乎完全關(guān)閉一條染色體，使它看起來(lái)不可見(jiàn)，這樣該染色體上的所有特征就可以在一個(gè)包中傳遞下去。”到目前為止，如果一種植物的性狀要一起遺傳下去，這些性狀的基因必須在同一條染色體上彼此接近。如果這樣的基因在染色體上擴(kuò)散得更遠(yuǎn)，它們通常在遺傳過(guò)程中就會(huì)分離，因此在繁殖過(guò)程中就會(huì)失去有益的性狀。
圖2 照片是從7.5周齡的三株純合、半合和野生植物上拍攝的。未觀察到表型差異。比例尺為5?厘米。實(shí)驗(yàn)獨(dú)立重復(fù)兩次，結(jié)果相似。（圖源：[1]）
向大自然學(xué)習(xí):染色體工程阻止基因交換
在他們的研究中，科學(xué)家們遵循了大自然的榜樣。“這些逆轉(zhuǎn)或倒置——一種基因隱形——也經(jīng)常在野生和栽培植物中以較小的規(guī)模發(fā)生。我們向大自然學(xué)習(xí)，應(yīng)用并擴(kuò)展了我們關(guān)于自然過(guò)程的知識(shí)，”P(pán)uchta說(shuō)。
在與萊布尼茨植物遺傳學(xué)和作物植物研究所(IPK)的Andreas Houben教授的合作中，Puchta和他的團(tuán)隊(duì)將模式生物擬南芥的染色體翻轉(zhuǎn)了十分之九。只有在染色體的末端，基因才保留了原來(lái)的序列。Puchta說(shuō):“有了這些片段，新染色體就可以像其他染色體一樣傳遞給下一代，而不會(huì)完全丟失。”
圖3 3號(hào)染色體上的重組頻率是通過(guò)對(duì)Inversion x Ler-1系（Inv x Ler-1）和對(duì)照Col-0 x Ler 1的400株后代進(jìn)行基于SNP的基因分型來(lái)確定的。（圖源：[1]）
使未來(lái)培育更高效、更健壯的作物植株成為可能
為了有效地培育作物，在一株植物中結(jié)合盡可能多的有利性狀是很重要的。“當(dāng)然，植物育種者希望他們的產(chǎn)品味道好，含有盡可能多的維生素，同時(shí)還能抵抗疾病。用我們的方法，我們可以在未來(lái)讓這變得更容易，”P(pán)uchta說(shuō)。
參考資料：
[1] Massive crossover suppression by CRISPR–Cas-mediated plant chromosome engineering
