近日，南京农业大学万建民院士和谭俊杰教授团队在Advanced Science杂志发表了"Synergistic HMGN1 and VP64 Fusions Potentiate High-Precision and PAM-Flexible Base Editing"的研究论文。该研究开发了一类兼具高精度、PAM灵活性和较高编辑效率的新型胞嘧啶碱基编辑系统，为精准单碱基改造提供了新的工具方案。
精准基因编辑技术为生命科学研究、疾病突变修复和作物精准育种提供了重要工具。其中，胞嘧啶碱基编辑器（Cytosine Base Editor, CBE）能够在不产生DNA双链断裂、不依赖供体模板的情况下，实现靶向C-to-T碱基转换，具有广泛应用前景。然而，现有CBE仍面临两大瓶颈：一是Cas9对PAM序列的依赖限制了可编辑位点范围；二是编辑窗口较宽，易造成旁观者编辑，降低编辑产物纯度和应用安全性。如何在拓展靶向范围的同时兼顾高精度和高效率，是碱基编辑领域亟需解决的重要问题。
研究团队首先将近乎无PAM限制的Cas9变体SpRY与海七鳃鳗（Petromyzon marinus）来源的胞嘧啶脱氨酶CDA1的C端截短体相结合，构建了一系列高精度SpRY-CBE。结果显示，CDA1截短显著缩窄了编辑窗口，使编辑活性主要集中于PAM上游C-18附近，从而有效降低旁观者编辑率。经过系统比较，团队确定CDA1Δ194-SpRY-BE3为综合表现最优的构型。该编辑器在多个非 NGG PAM 靶点上均表现出良好的C-to-T编辑能力，并显著提高了目标胞嘧啶相对于旁观者胞嘧啶的编辑选择性。
基于这一高精度特征，团队进一步提出了面向用户指定胞嘧啶的编辑设计流程：首先确定目标C；随后将目标C置于编辑器最佳作用位置C-18；再根据下游PAM类型选择合适的Cas9或Cas9变体；最后匹配最优CDA1截短构型。通过在酵母基因组多个含连续胞嘧啶的靶点中验证，研究团队证明该策略能够有效区分相邻胞嘧啶，并显著提高单一目标C编辑产物比例。
尽管SpRY显著拓展了靶向范围，但其在部分PAM类型，尤其是NYN PAM位点上的编辑效率仍然偏低。为解决这一问题，研究团队系统筛选了15种DNA互作蛋白。结果发现，HMGN1和VP64均可提高CDA1Δ194-SpRY-BE3的编辑效率；更重要的是，当二者以特定顺序共同融合至编辑器N端时，可产生显著协同增效作用。在36个酵母内源靶点中，HMGN1-VP64-CDA1Δ194-SpRY-BE3相较未融合对照平均提高编辑效率4.24倍，同时保持以C-18为中心的窄编辑窗口和较高产物纯度。
研究团队进一步证明，HMGN1-VP64融合编辑器不仅可提升双靶点同时编辑效率和目标C产物纯度，还未显著增加基因组或转录组脱靶风险。随后，团队将该系统改造为BE4架构并应用于水稻细胞，验证了其在高等植物中的适用性。结果显示，Fusion-CDA1Δ194-SpRY-BE4在水稻多个内源靶点中具有广泛而高效的编辑活性，最高C-to-T编辑效率达78.57%。该系统在低活性及非NGG PAM位点上的表现显著优于全长CDA1-SpRY-BE4和植物优化型ePPE，展现出良好的植物精准编辑应用潜力。
综上，该研究建立了一种高精度、PAM灵活且可通过DNA互作蛋白融合实现效率增强的胞嘧啶碱基编辑平台。该系统整合了SpRY的广泛靶向能力、CDA1截短体的窄窗口编辑特征以及HMGN1-VP64的协同增效作用，有效缓解了传统CBE在PAM依赖、旁观者编辑和低效率之间的矛盾。该成果不仅为作物精准育种和植物功能基因组学研究提供了新工具，也为开发更高效、更安全的单碱基编辑技术提供了重要思路。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.76047
阅读次数：14
【 转载本网文章请注明出处 】
