控制基因表达和产生定量表型变化的能力对于在作物中培育新的和期望的性状至关重要。

2023年3月9日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队在Nature Biotechnology（IF=68）在线发表题为“Tuning plant phenotypes by precise, graded downregulation of gene expression”的研究论文，该研究报告了一种高效、简便的方法，通过工程上游开放阅读框(uORFs)将基因表达下调到可预测的、期望的水平。

该研究使用碱基编辑或先导编辑来生成全新的uORF或通过改变其停止密码子来扩展现有的uORFs。通过结合这些方法，该研究生成了一套uORFs，将主要开放阅读框(pORFs)的翻译逐渐下调到野生型水平的2.5-84.9%。通过编辑OsDLT（OsDLT编码GRAS家族的一个成员，参与油菜素类固醇转导途径）的5’非翻译区，该研究获得了一系列具有不同株高和分蘖数的水稻植株。这些方法为获得具有分级表达性状的基因组编辑植物提供了一种有效途径。

不同的基因表达可以产生不同的植物表型。因此，微调基因表达水平的能力对于改善作物性状，同时平衡由基因多效性引起的复杂权衡至关重要。在调节基因表达方面已经做出了巨大的努力。广泛使用的基因工具，如CRISPR-Cas、CRISPR干扰(CRISPRi)和RNA干扰(RNAi)，通常会导致基因表达水平的独特变化，其范围从给定水平的下调到完全缺失。启动子的基因组编辑可以产生广泛的基因表达水平，从而产生用于育种目的的定量表型变化，并为在转录水平调控基因表达提供了一种开创性的方法。

引入的uORFs抑制原生质体和植物中的蛋白质表达（图源自Nature Biotechnology ）

使用碱基编辑器突变剪接位点提供了一种有效的方法来操纵前mRNA剪接。上游开放阅读框(uORFs)是位于主开放阅读框(pORFs） 5 '非翻译区(UTR)的短蛋白质编码元件，在真核生物的mRNA中很常见。在植物中，24-30%的编码mRNA在其5 ' UTRs中含有uORFs。uORFs的存在与mRNA翻译减少有关。uORFSCAN、uORFlight (http://uorflight.whu.edu.cn)和PsORF (http://psorf.whu.edu.cn/)等生物信息学资源已被用于植物中uORF的搜索。许多因素已被报道影响uORFs的抑制作用。

通过碱基编辑扩展原始uORFs可以减少原生质体和植物中的蛋白质表达（图源自Nature Biotechnology ）

2018年，研究表明敲除内源性uORFs是上调蛋白表达的一种有效且可调的方法。然而，很少有方法能在植物的翻译水平上精细下调内源基因的表达。在这里，该研究描述了一种简单、可预测和通用的方法，使用精确的基因组编辑来逐步下调蛋白质表达，生成具有不同抑制活性的uORFs，从而扩大了操纵植物基因翻译的工具箱。

高彩霞研究组博士后薛郴销为该论文的第一作者，高彩霞研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目、中国科学院战略重点项目、中国农业农村部等的经费资助。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41587-023-01707-w

转自：“iNature”微信公众号

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