2025年2月5号，南京林业大学林木细胞工程课题组在Plants上发表了题为Highly Efficient Homozygous CRISPR/Cas9 Gene Editing Based on Single-Cell-Originated Somatic Embryogenesis in Liriodendron tulipifera的文章，成功开发了一种基于单细胞起源体细胞胚胎发生的CRISPR/Cas9基因编辑技术，应用于北美鹅掌楸基因组改造，取得了最高100%的编辑效率。

本研究通过比对拟南芥PDS基因序列，从北美鹅掌楸基因组中鉴定出六个同源基因，最终成功克隆了其中一个基因LtPDS。该基因包含14个外显子和13个内含子，总长度为23,571 bp。基于靶向特异性，研究人员设计了三个靶点（T1、T2、T3），并构建了CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1基因编辑载体。

将CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1载体分别通过瞬转方法转入鹅掌楸幼苗，观察编辑效率。结果显示，CRISPR/Cas9系统在T1靶点的编辑效率为20%，而CRISPR/Cpf1系统未检测到基因编辑事件。

随后，研究人员利用农杆菌介导的转化方法，将CRISPR/Cas9载体导入北美鹅掌楸的胚性愈伤组织中，通过选择培养基筛选出阳性愈伤组织，并诱导其再生为植株，共获得137株再生植株，其中82.48%表现出白化表型，表明PDS基因被成功敲除。编辑后的白化植株表现出明显的白化和矮化表型，与野生型植株相比，其根系发育不良，叶片生长缓慢且形状不规则。这些表型与PDS基因在类胡萝卜素合成途径中的关键作用一致。

通过PCR扩增和Sanger测序分析了愈伤组织的基因编辑情况。结果显示，T1靶点的编辑效率最高100%（平均64.28%），而在T2靶点的编辑效率最高60%（平均18.57%），T3靶点未检测到编辑事件。而CRISPR/Cpf1系统均未成功敲除。

对再生植株和进一步脱分化诱导形成的愈伤组织的Fast NGS测序结果表明，T1靶点的编辑类型为纯合突变，T2靶点为嵌合突变，T3靶点未发生突变。

该研究成果由南京林业大学林木细胞工程课题组完成，博士生李彩容为该论文的第一作者，施季森教授和陈金慧教授为共同通讯作者。该工作得到“十四五”国家重点研发计划（2021YFD2200103）、国家自然科学基金（32071784）及江苏省高校优势学科建设工程（PAPD）的联合资助。

起稿：李彩容

编辑：郝兆东

Reference:

Cairong Li, Pengshuo Jiang, Jiaji Zhang, Dingjie Yang, Lu Lu, Zhaodong Hao, Yingxuan Ma, Jisen Shi, and Jinhui Chen. Highly Efficient Homozygous CRISPR/Cas9 Gene Editing Based on Single-Cell-Originated Somatic Embryogenesis in Liriodendron tulipifera. Plants, 2025, 14(3): 472. https://doi.org/10.3390/plants14030472

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