北京市农林科学院林业果树研究所金万梅团队在高倍性植物基因编辑研究中取得进展

摘要：CRISPR-Cas9基因编辑系统在模式植物、主要作物的精确基因编辑中发挥了越来越重要的作用，但在高倍性作物的基因编辑上比较困难，其原因尚不清楚。2025年8月，北京市农林科学院林业果树研究所金万梅团队在The CRISPR Journal上在线发表了题为“P

CRISPR-Cas9基因编辑系统在模式植物、主要作物的精确基因编辑中发挥了越来越重要的作用，但在高倍性作物的基因编辑上比较困难，其原因尚不清楚。2025年8月，北京市农林科学院林业果树研究所金万梅团队在The CRISPR Journal上在线发表了题为“Possible Reversion of CRISPR-Cas9-Edited Sequences in Octoploid Strawberry”的研究论文，该研究发现在八倍体草莓中CRISPR-Cas9引起的突变序列可能会被修复，这突显了该编辑系统在高倍性材料研究中带来的挑战。

研究团队在FaMYB9的第一和第二外显子设计了三个sgRNA，其携带拟南芥U6启动子，构建到含有CRISPR-Cas9的双元表达载体上（图1A，B），转化八倍体栽培草莓 “哈尼”。卡那霉素筛选外植体鉴定转化芽（图1C），对卡那霉素抗性植株进行分株培养（图1D），PCR检测卡那霉素抗性株系32株的Cas9基因（图1E），其中19株为阳性，将阳性株系种到温室里。

FaMYB9CR-15的植物看起来与野生型不同（图2A），Cas9转录水平在FaMYB9CR-15中很高（图2B）。在3个月大的幼苗中，FaMYB9CR-15的叶表面皱缩且粗糙，扫描电镜观察发现有大片蜡块（图2C）。通过分析三个靶位点序列，在47个独立克隆的Sanger测序鉴定出14个克隆（占总数的29.8%）靶位点序列与野生型序列一致。其余33个克隆（占总数的70.2%）在至少一个靶位点发生突变，有小的插入或缺失；我们还在sgRNA1和sgRNA2位点的12个克隆中检测到替代序列（图2D-F），总之FaMYB9CR15是一个在FaMYB9上多等位基因突变的植株。

CRFaMYB9CR-15的叶子在3个月时皱缩，但在6个月时与野生型叶子相似（图3），Cas9在FaMYB9-15中保持高表达（图3B），且检测到较少较小的蜡块（图3C）。共检测48个FaMYB9CR-15独立有效克隆靶位点序列，其中27个（56.3%）与野生型序列一致，其余的克隆（43.7%）在靶位点存在突变，其中4个克隆有小的插入或缺失，17个克隆有替代序列（图3D-F）。从3月龄到6月龄靶位点突变率从70.2%下降到43.7%。

FaMYB9CR-15之间有11402个差异表达的基因。与DNA修复相关的NHEJ和MMEJ断裂修复、同源重组、核酸剪切修复、错配修复等相关基因高水平表达（图4），这些基因可能修复了一些突变的FaMYB9序列。这项工作揭示了高倍性植物具有强大的修复系统来减少DNA遗传物质的损伤，这项研究揭示了高倍性植物基因编辑的复杂性，为高倍性植物的基因有效编辑提供了重要参考。