應用CRISPR/Cas9 技術使基因過表現以提升水稻光合作用及水分利用效率 - 農業知識入口網

CRISPR/Cas9基因編輯技術不僅能敲除目標基因，還可促進基因的過表現（overexpression）。科學家首次利用CRISPR/Cas9技術，針對水稻PSBS1基因上游的非編碼區域，進行多重突變編輯，並通過高通量篩選分析，成功提升基因表達和下游光合作用活性。該研究由加州大學伯克利分校創新基因組研究所領導，成果發表於《Science Advances》，為農業基因編輯提供了新方向。

研究發現，水稻的PSBS1基因在植物光保護過程中扮演關鍵角色，當PSBS1基因過表現可使相關蛋白的表達量增加2到3倍，與傳統轉基因技術相當。這一增強效應顯著提高了水稻的非光化學淬滅能力（NPQ）和水分利用效率，為改善作物抗逆性和資源利用提供了新途徑。深入分析顯示，5′UTR 區域的插入/缺失（indels）與反向重組（inversions）分別是敲除/降低表現與過表現的主要驅動因素。此外，研究生成了一個252 kb的基因組結構變異（包括重複與反向排列），展示了CRISPR/Cas9技術對基因組的重大改造能力，同時對其他基因的表達受到的影響極小，證明了此方法的高專一性與低干擾性。

雖然該方法的成功率目前僅約1%，但其證明了CRISPR/Cas9技術能在短時間內針對性地改變作物基因，模擬傳統育種的進化過程，大幅提高了效率。與轉基因技術不同，此方法並未引入外來DNA，或許能避免在監管的限制，以加速在農業上的應用。該研究是 “實現光合作用效率提升”（Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE)）此國際項目的一部分，旨在提升糧食作物的產能。這項突破不僅展示了基因組靈活性的潛力，也為應對氣候變遷及全球糧食需求提供了重要啟示。

資料來源:

1. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240607151714.htm

2. Dhruv Patel-Tupper, Armen Kelikian, Anna Leipertz, Nina Maryn, Michelle Tjahjadi, Nicholas G. Karavolias, Myeong-Je Cho, Krishna K. Niyogi. Multiplexed CRISPR-Cas9 mutagenesis of rice PSBS1 noncoding sequences for transgene-free overexpression. Science Advances, 2024; 10 (23) DOI: 10.1126/sciadv.adm7452

《農業部種苗改良繁殖場 種苗檢驗科 林如玲 摘譯》