Plant Com | 南京农业大学王源超教授团队开发大豆高效引导编辑系统,赋能大豆精准分子育种
DOI:10.1016/j.xplc.2026.101881
2026年5月1日，南京农业大学王源超教授团队在Plant Communications 在线发表了题为An optimized prime editing system for precise genome editing in soybean 的研究论文。该研究通过多维度系统优化，构建了一套高效、精准、稳定的大豆PE系统，突破了大豆基因组精准编辑效率低的技术瓶颈，为大豆精准分子育种与功能基因鉴定提供了核心工具。
大豆是世界重要的粮油兼用作物，为人类提供了大量的植物脂肪和蛋白。但长期以来，大豆始终缺乏高效、稳定、且充分适配其遗传背景的精准编辑体系，严重制约了其分子育种进程。引导编辑（Prime Editing, PE）作为新一代精准基因编辑工具，可实现精准的碱基替换、小片段插入与缺失，兼具高度的编辑灵活性与位点精准度，是作物精准育种领域的核心颠覆性技术。尽管PE已在禾本科作物中成功应用，但其在大豆中的可行性及编辑效率仍相对有限。
针对早期大豆PE系统编辑效率低的难题，团队从U6启动子工程、epegRNA优化、逆转录酶及蛋白融合拓扑结构改造等多维度开展系统性优化（图1A）。
通过将GmU6启动子替换为复合启动子并引入nicking sgRNA，再将逆转录酶融合至nCas9 N端、引入病毒核衣壳（nucleocapsid, NC）蛋白并去除MLV RNase H结构域（图1B），经多轮协同整合构建的N-ePPE3max系统在大豆多个位点实现编辑效率稳步提升（图1C-E）。在此基础上，团队利用大豆内源GmU6启动子构建物种特异性复合启动子，优化后的N-ePPE3max-U系统在GmTIPS位点效率达48.8%，在GmALS2位点突破50%（图1F-I）。团队还整合大豆源GmMLH1dn构建高保真编辑系统，有效减少了可检测副产物，同步提升了编辑精准度（图1F-I）。在脱靶方面，深度测序结果显示优化后的PE系统脱靶风险极低（图1L）。研究同时发现PE编辑效率呈现强烈靶标依赖性，同一系统不同基因位点的编辑效率存在显著差异，这也为后续系统精准优化指明了方向。
为验证系统的实际育种应用价值，团队利用优化后的N-PE3max系统靶向GmALS2创制抗除草剂大豆新种质，该系统在毛状根中编辑效率达45.0%，在大豆稳定转化中仍保持41.2%的高效编辑，最终成功获得精准编辑的大豆株系（图1K），充分验证了该系统在大豆分子设计育种中的实用价值与广阔前景。综上，本研究优化的大豆PE系统具备优异的稳定性与可靠性，为大豆精准基因组编辑提供了可重复、可推广的技术范式。
图1 大豆引导编辑系统的优化
南京农业大学在读博士生徐宁为论文的第一作者，段凯旋副教授为论文的通讯作者，王源超教授为该研究提供了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省双创计划及安徽省科技攻坚计划等项目的支持。
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