JIPB | 中国农业科学院/南方科技大学朱健康院士团队成功开发新型紧凑型植物编辑平台TnpBmax,水稻和番茄编辑效率大幅提升
基因组编辑技术是现代农业生物技术的重要工具, 而如何在小尺寸、高效率之间取得平衡一直是研究热点。近日, JIPB在线发表了中国农业科学院作物科学研究所/南方科技大学朱健康院士团队的题为“A surrogate-selection-enhanced TnpBmax platform enables efficient genome editing in rice and tomato”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70159)。该研究开发了一种名为 TnpBmax 的新型植物基因组编辑平台, 成功在水稻和番茄中实现了高效、精准的基因编辑, 为植物基因功能研究和作物改良提供了更灵活的工具。
IsDra2 TnpB是一种来源于IS200/IS605转座子家族的RNA引导的核酸酶, 被认为是Cas12家族的进化前体。它体积小巧、可通过ωRNA实现程序化识别, 并依靠RuvC结构域切割DNA, 因此在载体包装和递送方面具有明显优势。然而, TnpB在植物中的编辑效率一直受限, 主要原因包括表达不稳定、细胞核定位效率低、ωRNA易降解等。基于此, 研究团队通过多层策略对IsDra2 TnpB进行系统性改造: 首先进行植物密码子优化并融合多重核定位信号; 其次将ωRNA截短至99 nt以提升稳定性; 接着在C端融合T5外切酶增强切割后末端处理能力; 最后引入SSA代理筛选系统实现编辑细胞的高效富集。这一整合系统被命名为TnpBmax (图1)。
图1 ωRNA截短及T5外切酶融合策略显著提高编辑效率并诱导微同源依赖型缺失突变在水稻中, TnpBmax在5个靶点上的编辑效率达到27.3%–81.5%, 较未使用SSA代理筛选系统的版本提升显著。更重要的是, 纯合突变体的比例从1.2%提升至8.9%, 嵌合体比例从68.6%降至21%。在番茄中, 编辑效率从10.5%提升至34.9%, 并成功获得了纯合突变体, 例如slago7纯合敲除突变体表现出典型的针状叶片表型 (图2)。图2基于同源修复的代理筛选系统耦合TnpB大幅提升植物编辑效率及纯合突变比例该研究不仅提升了TnpB在植物中的编辑性能, 还通过耦合编辑工具与同源修复代理筛选系统, 实现了编辑细胞的高效筛选与富集。TnpBmax为植物基因组编辑工具箱增添了一款紧凑、高效、普适的新工具, 尤其适用于递送容量受限的应用场景, 也为紧凑型基因编辑工具的优化与开发提供了可行路径。中国农业科学院/南方科技大学朱健康院士和崖州湾国家实验室青年科学家田益夫博士 (原朱健康院士团队博士后) 为该论文的共同通讯作者。中国农业科学院博士生李恩泽、崖州湾国家实验室博士后谢吉勇 (原朱健康院士团队博士生) 为共同第一作者。研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金等项目的资助。Li, E., Xie, J., Li, X., Zheng, Z., Wang, M., Zhu, J., and Tian, Y. (2026). A surrogate-selection-enhanced TnpBmax platform enables efficient genome editing in rice and tomato. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.70159JIPB面向全球读者, 刊载整合植物生物学领域的重要创新成果, 包括宏观与微观层面的原创研究论文、综述、简讯、新资源、新技术以及评论性文章等。2025年期刊指标显示: 2年SCI_IF: 9.3, 5年SCI_IF: 10.8, 位列植物科学TOP 3.1% (Q1 区); Scopus CiteScore 19.1, 位居植物科学TOP 2%。JIPB属于中科院期刊分区生物学大类1区、植物学小类1区, 入选中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级期刊, 获得由科技部等七部门联合实施的“中国科技期刊卓越行动计划” 连续两期项目资助 (2019–2028)。
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