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作者及研究机构
本研究的主要作者包括Bingjie Li、Yun Shang、Lixianqiu Wang等，研究团队来自中国农业科学院烟草研究所和北京大学现代农业研究院。该研究于2025年发表在期刊《Molecular Horticulture》上。
学术背景
基因组编辑技术，特别是基于CRISPR/Cas（成簇规律间隔短回文重复序列/CRISPR相关蛋白）系统的技术，近年来在作物功能基因组学研究和农艺性状改良中得到了广泛应用。然而，尽管已有多种植物特异性CRISPR/Cas表达系统被开发并应用于模式植物（如拟南芥、水稻和烟草），但其编辑效率在不同植物中差异较大。尤其是在多倍体作物中，传统的CRISPR/Cas系统（如使用35S启动子）生成的纯合/双等位基因（ho/bi）突变较少。因此，开发一种能够高效驱动Cas9核酸酶表达的启动子，对于提高基因组编辑效率具有重要意义。
研究目标
本研究旨在开发一种新型高效的启动子（pce8pro），用于驱动CRISPR/Cas系统在双子叶植物中实现高效的基因组编辑，并验证其在多种作物中的应用潜力。
研究流程
1. 启动子筛选与假设提出
研究团队注意到，烟草愈伤组织中高表达的基因pce8编码一种钙网蛋白（calreticulin-like protein, crt），其在烟草芽再生早期表现出极高的表达水平。pce8启动子（pce8pro）包含与分生组织表达、激素和伤口反应相关的顺式元件。基于此，研究团队推测pce8pro可能适用于在烟草基因组中实现高效靶向编辑。
CRISPR/Cas9表达载体的构建
为了验证这一假设，研究团队开发了三种CRISPR/Cas9表达载体：pdc30、pdc40和pdc45。在这些载体中，sgRNA由U6-26或35S启动子控制，而Cas9则由35S启动子和pce8pro独立控制。
编辑效率评估
研究团队选择烟草的八氢番茄红素脱氢酶基因（ntpds）作为靶基因，通过观察白化表型来判断编辑效率。结果显示，pdc30载体平均每外植体生成0.3个白化芽，而pdc40和pdc45载体分别生成0.66和1.09个白化芽，编辑效率显著提高。
多基因编辑与染色体片段删除
研究团队进一步设计了针对多个基因的sgRNA，并在四倍体烟草中验证了pdc45系统的编辑效率。结果表明，pdc45系统在多个靶位点均表现出高效编辑能力，特别是在生成纯合/双等位基因突变方面。此外，研究团队还开发了pdc45双sgRNA系统，成功实现了烟草基因组中染色体片段的删除。
跨物种应用验证
研究团队在莴苣和番茄中验证了pdc45系统的编辑效率。结果表明，pce8pro驱动的CRISPR/Cas系统在多种双子叶植物中均表现出高效的基因组编辑能力。
早期开花系统的开发
研究团队还开发了一种结合Cas9和开花位点T（ft）基因的pdc45_fast系统，成功实现了基因编辑和早期开花的双重功能。
主要结果
1. pce8pro驱动的CRISPR/Cas系统在烟草中表现出高效的基因组编辑能力，特别是在生成纯合/双等位基因突变方面。 2. pdc45系统在多个靶位点均表现出高效编辑能力，并成功实现了染色体片段的删除。 3. pce8pro驱动的CRISPR/Cas系统在莴苣和番茄中均表现出高效的基因组编辑能力。 4. pdc45_fast系统成功实现了基因编辑和早期开花的双重功能。
结论与意义
本研究开发了一种新型高效的启动子pce8pro，显著提高了CRISPR/Cas系统在双子叶植物中的基因组编辑效率。这一系统不仅适用于单基因编辑，还可用于多基因编辑和染色体片段的删除，为作物功能基因组学研究和分子育种提供了新的工具。此外，pdc45_fast系统的开发进一步加速了转基因植物的筛选过程，具有重要的应用价值。
研究亮点
1. 首次发现并验证了pce8pro在驱动CRISPR/Cas系统中的高效性。 2. 开发了pdc45系统，实现了多基因编辑和染色体片段删除。 3. 验证了pce8pro驱动的CRISPR/Cas系统在多种双子叶植物中的通用性。 4. 开发了pdc45_fast系统，结合了基因编辑和早期开花功能，加速了植物育种进程。
其他有价值的内容
本研究还提供了详细的实验数据和分析方法，为后续研究提供了重要参考。此外，研究团队还探讨了pce8pro在不同物种中的保守性，为未来开发跨物种高效基因组编辑系统奠定了基础。
以上报告全面介绍了该研究的背景、流程、结果及其科学和应用价值，为相关领域的研究人员提供了详细的参考信息。