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一文讀懂艾迪晶基因編輯技術(shù)
基因編輯技術(shù)，作為近年來飛速發(fā)展的基因工程方法，以其高效、精準(zhǔn)的特性，為快速改變物種性狀開辟了新的途徑。而在作物育種領(lǐng)域，多基因編輯技術(shù)更是作為一種強(qiáng)有力的工具在作物育種中發(fā)揮著巨大的應(yīng)用潛力。
多基因編輯技術(shù)
多基因編輯技術(shù)是在CRISPR/Cas系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它利用多個(gè)不同的gRNA，在細(xì)胞體內(nèi)產(chǎn)生多靶向的Cas/gRNA復(fù)合體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)位置的編輯。這種技術(shù)通過在同一細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生多位點(diǎn)的復(fù)合突變類型，達(dá)到了生物體多性狀設(shè)計(jì)的目的。
艾迪晶生物的植物多基因編輯技術(shù)，在操作上有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它采用單獨(dú)的U6/U3啟動(dòng)子來驅(qū)動(dòng)單一的gRNA表達(dá)，每個(gè)gRNA都有單獨(dú)的啟動(dòng)子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，這種方式比利用核酶的自剪切效率更高。通過Overlapping PCR和Goldon Gate技術(shù)，可以簡(jiǎn)單高效地獲得多個(gè)靶點(diǎn)組裝的表達(dá)盒，并將其組裝到表達(dá)載體中。這種表達(dá)載體設(shè)計(jì)還允許后續(xù)的亞克隆或Gibson克隆方式進(jìn)行表達(dá)盒的二次組裝，從而不斷增加靶點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)高效率基因編輯。具體表現(xiàn)在：
1. 表達(dá)盒組裝方式：艾迪晶生物的技術(shù)采用了特定的表達(dá)盒排列方式，這種方式能有效避免因重復(fù)序列復(fù)制而導(dǎo)致的表達(dá)盒丟失問題。
2. 表達(dá)盒結(jié)構(gòu)：每個(gè)gRNA都有單獨(dú)的啟動(dòng)子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，提高了gRNA的產(chǎn)率，從而提高了多基因編輯的效率。
由于多靶向gRNA產(chǎn)率的高效性和多靶向Cas/gRNA復(fù)合物的高效組裝，使得同時(shí)發(fā)生多靶點(diǎn)突變的效率大大提高。
央視”種業(yè)振興“欄目專題報(bào)道
多基因編輯技術(shù)為生物育種帶來了革命性的變革，顯著加快了育種進(jìn)程。通過精準(zhǔn)編輯多個(gè)基因，該技術(shù)能夠迅速、大量地培育出具備多樣化優(yōu)勢(shì)性狀的遺傳材料，不僅極大地提升了育種效率，還豐富了育種資源的多樣性。更重要的是，它為多性狀復(fù)合材料的創(chuàng)制提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，讓我們能夠在更短的時(shí)間內(nèi)培育出滿足加工和消費(fèi)端定制化需求的新品種，為農(nóng)業(yè)和食品產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入全新動(dòng)力。
多基因疊加系統(tǒng)
技術(shù)原理:
多基因疊加系統(tǒng)（TGSII）是采用包括1類接受載體、2類供給載體、以及可選擇使用的能發(fā)生篩選標(biāo)記自刪除的供給質(zhì)粒，利用Cre/loxP重組系統(tǒng)和兩組突變型loxP的不可逆重組位點(diǎn)，在Cre酶作用下，以野生型loxP位點(diǎn)的重組來實(shí)現(xiàn)供給載體整合到接受載體中，然后一組突變型loxP的不可逆重組自動(dòng)刪除供給載體的骨架，只留下目的基因在接受載體上；重復(fù)2類供給載體交替與接受載體的組裝，就能實(shí)現(xiàn)多基因的快速疊加。
技術(shù)優(yōu)勢(shì):
在載體構(gòu)建過程中傳統(tǒng)的酶切酶連受制于大片段的體外組裝的低效性，以及普通限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)的有限性，使得多次組裝過程容易受位點(diǎn)和片段大小的有限性而終止；使用Cre/loxP和Gateway兩個(gè)重組系統(tǒng)，和細(xì)菌交配輔助轉(zhuǎn)移的復(fù)雜方法實(shí)現(xiàn)帶供給載體和接受載體的兩種菌株間的基因轉(zhuǎn)移與融合，比較繁瑣復(fù)雜，在進(jìn)行多基因組裝中使用仍然比較困難、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率不高。
艾迪晶采用的多基因疊加系統(tǒng)用Cre/loxP重組整合供給載體質(zhì)粒到接受載體上，再用突變型loxP的不可逆重組自動(dòng)刪除供給載體的骨架，操作在連接多個(gè)基因時(shí)比較簡(jiǎn)單，效率高，多基因疊加系統(tǒng)對(duì)多基因工程和合成生物學(xué)的應(yīng)用十分必要。
應(yīng)用價(jià)值:
多基因疊加系統(tǒng)不僅應(yīng)用在生物工程中載體大片段多次組裝上，更適合應(yīng)用在生物代謝合成過程；應(yīng)用于特色生物育種和現(xiàn)代合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)。
實(shí)際案例:
1、紫晶米
“紫晶米”是利用生物合成途徑創(chuàng)制的富含花青素的大米。利用多基因疊加TGS II載體系統(tǒng)導(dǎo)入花青素相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子組合以及代謝相關(guān)結(jié)構(gòu)基因組合的策略，構(gòu)建了一個(gè)具有10個(gè)相關(guān)功能基因的多基因疊加載體，使用由不同的胚乳特異啟動(dòng)子調(diào)控花青素代謝相關(guān)基因，胚乳特異合成花青素。在粳稻和秈稻中實(shí)現(xiàn)了花青素在胚乳的特異合成，創(chuàng)造出具有高抗氧化活性的紫色胚乳水稻“紫晶米”。
2、赤晶米
“赤晶米”是利用生物合成途徑創(chuàng)制的富含蝦青素的大米。利用多基因疊加系統(tǒng)把八氫番茄紅素合成酶基因（sZmPSY1）、八氫番茄紅素脫氫酶基因（sPaCrtI）、β-胡蘿卜素酮化酶基因（sCrBKT）和β-胡蘿卜素羥化酶基因（sHpBHY）四個(gè)類胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵基因，利用水稻胚乳特異性啟動(dòng)子，在水稻胚乳中重構(gòu)了蝦青素的生物合成途徑，創(chuàng)造出富含蝦青素的紅色胚乳水稻“赤晶米”。
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