中國農業科學院作物科學研究所農作物轉基因技術與應用創新團隊與華中農業大學‘千人計劃’引進人才、長江學者、美國加州大學圣地亞哥分校趙云德教授實驗室合作，利用改造后CRISPR/Cas9系統，成功在水稻中實現靶標基因高效單堿基定點替換。相關研究成果于2016年12月9日在線發表在Cell子刊《Molecular Plant》（分子植物）雜志上。
　　
　　對重要農作物基因組進行定點修飾，包括關鍵基因的定點敲除、替換以及外源基因的定點整合等，將有助于重要農藝性狀的功能基因鑒定、復雜農藝性狀的調控網絡的解析和新種質創制，對推動農作物遺傳改良進程具有重要意義。CRISPR/Cas9系統是繼ZFNs和TALENs技術之后出現的基因組定點編輯新技術，因其試驗設計簡單、靶點在農作物基因組中分布頻率高、可同時對同一基因的不同位點或多個基因的位點進行定向編輯等優勢，已成為應用前景最廣泛的基因組編輯技術。目前，利用CRISPR/Cas9介導的基因組編輯技術進行基因敲除，已經在水稻等農作物中得到廣泛應用。但是，由于植物中同源重組頻率特別低，利用CRISPR/Cas9介導的同源重組，在農作物中實現基因定點替換或定點整合卻少有報道。

　　該研究團隊通過利用胞嘧啶脫氨酶、Cas9（D10A）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑 (UGI)的融合基因（BE3），構建植物表達載體，以水稻OsPDS和OsSBEIIb為靶標基因進行單個堿基定點替換研究。結果表明，在所選的3個靶點中，均獲得預期定點突變植株，即在靶點序列的4-8位置有C突變成T（或G突變成A），效率最高可達20%左右。該系統在植物中的首次成功利用，表明其可作為一種可行、有效的單個堿基定點替換方法用于農作物遺傳改良。這是繼該團隊在Molecular Plant(2016, 9: 628–631)報道利用CRISPR/Cas9介導的基因組定點重組體系，將ALS基因兩個氨基酸位點定點替換，獲得大量抗磺酰脲類除草劑水稻后，發表的又一重要研究進展。重要農作物CRISPR/Cas9介導的基因組定點修飾體系的建立，可望大大加快農作物育種進程，具有重要理論價值和應用前景。
　　
　　作科所碩士研究生李晶瑩和博士研究生孫永偉為本文共同第一作者，夏蘭琴研究員和趙云德教授為本文的共同通訊作者。本研究得到重點研發計劃、轉基因專項項目和中國農科院創新工程項目資助。