摘要：研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體，從而在基因上使其失活十分之九。
理想的作物植物是美味和高產，同時還能抗病蟲害。但是，如果相關基因在染色體上的距離很遠，那么在繁殖過程中，這些積極的性狀可能會丟失。為了確保積極的性狀可以一起傳遞，卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體，從而使其在基因上失去十分之九的活性。染色體這部分編碼的性狀在基因交換中變得“不可見”，因此可以不受影響地遺傳下去。研究人員在《Nature Plants》雜志上發表了他們的發現。
圖1 研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體使編碼的性狀不受影響地遺傳下去（圖源：[1]）
利用CRISPR/Cas分子剪刀可以對植物中的基因進行定向編輯、插入或抑制。(CRISPR是聚類規則間隔短回文重復。)這種方法可以使植物對害蟲、疾病或環境影響更有抵抗力。Holger Puchta教授說:“近年來，我們首次能夠使用CRISPR/Cas不僅編輯基因，而且改變染色體的結構?；蚴茄刂旧w線性排列的。通過改變它們的序列，我們能夠展示植物中所需的性狀是如何從不需要的性狀中分離出來的。”
Holger Puchta教授30年來一直與他在KIT植物研究所的團隊一起研究基因剪刀的應用?，F在，研究人員已經能夠阻止基因交換。基因交換通常是遺傳過程的一部分，但會破壞性狀之間的聯系。Puchta說:“我們可以幾乎完全關閉一條染色體，使它看起來不可見，這樣該染色體上的所有特征就可以在一個包中傳遞下去?！钡侥壳盀橹梗绻环N植物的性狀要一起遺傳下去，這些性狀的基因必須在同一條染色體上彼此接近。如果這樣的基因在染色體上擴散得更遠，它們通常在遺傳過程中就會分離，因此在繁殖過程中就會失去有益的性狀。
圖2 照片是從7.5周齡的三株純合、半合和野生植物上拍攝的。未觀察到表型差異。比例尺為5?厘米。實驗獨立重復兩次，結果相似。（圖源：[1]）
向大自然學習:染色體工程阻止基因交換
在他們的研究中，科學家們遵循了大自然的榜樣。“這些逆轉或倒置——一種基因隱形——也經常在野生和栽培植物中以較小的規模發生。我們向大自然學習，應用并擴展了我們關于自然過程的知識，”Puchta說。
在與萊布尼茨植物遺傳學和作物植物研究所(IPK)的Andreas Houben教授的合作中，Puchta和他的團隊將模式生物擬南芥的染色體翻轉了十分之九。只有在染色體的末端，基因才保留了原來的序列。Puchta說:“有了這些片段，新染色體就可以像其他染色體一樣傳遞給下一代，而不會完全丟失?！?/div>
圖3 3號染色體上的重組頻率是通過對Inversion x Ler-1系（Inv x Ler-1）和對照Col-0 x Ler 1的400株后代進行基于SNP的基因分型來確定的。（圖源：[1]）
圖3 3號染色體上的重組頻率是通過對Inversion x Ler-1系（Inv x Ler-1）和對照Col-0 x Ler 1的400株后代進行基于SNP的基因分型來確定的。（圖源：[1]）
使未來培育更高效、更健壯的作物植株成為可能
為了有效地培育作物，在一株植物中結合盡可能多的有利性狀是很重要的?！爱斎?，植物育種者希望他們的產品味道好，含有盡可能多的維生素，同時還能抵抗疾病。用我們的方法，我們可以在未來讓這變得更容易，”Puchta說。
參考資料：
[1] Massive crossover suppression by CRISPR–Cas-mediated plant chromosome engineering
摘要：研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體，從而在基因上使其失活十分之九。
理想的作物植物是美味和高產，同時還能抗病蟲害。但是，如果相關基因在染色體上的距離很遠，那么在繁殖過程中，這些積極的性狀可能會丟失。為了確保積極的性狀可以一起傳遞，卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體，從而使其在基因上失去十分之九的活性。染色體這部分編碼的性狀在基因交換中變得“不可見”，因此可以不受影響地遺傳下去。研究人員在《Nature Plants》雜志上發表了他們的發現。
圖1 研究人員使用CRISPR/Cas分子剪刀來反轉染色體使編碼的性狀不受影響地遺傳下去（圖源：[1]）
利用CRISPR/Cas分子剪刀可以對植物中的基因進行定向編輯、插入或抑制。(CRISPR是聚類規則間隔短回文重復。)這種方法可以使植物對害蟲、疾病或環境影響更有抵抗力。Holger Puchta教授說:“近年來，我們首次能夠使用CRISPR/Cas不僅編輯基因，而且改變染色體的結構?；蚴茄刂旧w線性排列的。通過改變它們的序列，我們能夠展示植物中所需的性狀是如何從不需要的性狀中分離出來的。”
Holger Puchta教授30年來一直與他在KIT植物研究所的團隊一起研究基因剪刀的應用。現在，研究人員已經能夠阻止基因交換。基因交換通常是遺傳過程的一部分，但會破壞性狀之間的聯系。Puchta說:“我們可以幾乎完全關閉一條染色體，使它看起來不可見，這樣該染色體上的所有特征就可以在一個包中傳遞下去。”到目前為止，如果一種植物的性狀要一起遺傳下去，這些性狀的基因必須在同一條染色體上彼此接近。如果這樣的基因在染色體上擴散得更遠，它們通常在遺傳過程中就會分離，因此在繁殖過程中就會失去有益的性狀。
圖2 照片是從7.5周齡的三株純合、半合和野生植物上拍攝的。未觀察到表型差異。比例尺為5?厘米。實驗獨立重復兩次，結果相似。（圖源：[1]）
向大自然學習:染色體工程阻止基因交換
在他們的研究中，科學家們遵循了大自然的榜樣?！斑@些逆轉或倒置——一種基因隱形——也經常在野生和栽培植物中以較小的規模發生。我們向大自然學習，應用并擴展了我們關于自然過程的知識，”Puchta說。
在與萊布尼茨植物遺傳學和作物植物研究所(IPK)的Andreas Houben教授的合作中，Puchta和他的團隊將模式生物擬南芥的染色體翻轉了十分之九。只有在染色體的末端，基因才保留了原來的序列。Puchta說:“有了這些片段，新染色體就可以像其他染色體一樣傳遞給下一代，而不會完全丟失。”
圖3 3號染色體上的重組頻率是通過對Inversion x Ler-1系（Inv x Ler-1）和對照Col-0 x Ler 1的400株后代進行基于SNP的基因分型來確定的。（圖源：[1]）
使未來培育更高效、更健壯的作物植株成為可能
為了有效地培育作物，在一株植物中結合盡可能多的有利性狀是很重要的?！爱斎?，植物育種者希望他們的產品味道好，含有盡可能多的維生素，同時還能抵抗疾病。用我們的方法，我們可以在未來讓這變得更容易，”Puchta說。
參考資料：
[1] Massive crossover suppression by CRISPR–Cas-mediated plant chromosome engineering
