北京
在现代作物育种中，大量优异等位基因已被鉴定，如何将这些优异等位基因快速、精准地聚合到同一品种中，实现多性状乃至复杂性状的同步改良，是精准育种领域的重大挑战。科学家在对作物进行基因编辑时，通常需要不断调整各项参数，并反复进行试验与优化。
中国科学院遗传与发育生物学研究所开发了精准基因敲除工具TKO及“多合一”基因组编辑系统TRIM，为复杂性状的“一站式”精准聚合提供了全新方案，实现了复杂性状精准聚合“一键搞定”。
01
基因敲除“一键全选”
目前，不同类型的基因组编辑往往依赖不同工具，若要同时完成多种类型编辑，往往需要跨世代多轮编辑，或在不同植株中分别编辑后再通过杂交聚合，周期长、成本高，尤其在多倍体作物和复杂性状改良中效率受限。
研究团队基于双pegRNA引导编辑（twinPE）策略，在目标位点精准插入终止密码子簇，开发出精准高效的基因敲除工具TKO。
TKO通过精准写入终止密码子，实现确定性的基因失活。在水稻、小麦和玉米等单子叶作物的原生质体中，TKO均表现出高效的敲除能力；在水稻再生T0植株中，TKO介导的单基因敲除的平均效率达到96.8%。
▲精准敲除工具TKO的开发和“多合一”TRIM系统的建立
据此，团队开发了10套彼此正交的TKO系统，可实现多达10个基因的同时精准敲除。在多基因和多倍体作物编辑中，该系统相较于传统工具，具有明显的效率优势。
02
多性状聚合“一键封装”
在TKO基础上，团队进一步提出“多合一”编辑理念，希望构建单一系统，同步实现基因敲除、精准编辑和基因组重构。研究团队开发出两个“多合一”TRIM编辑系统。
在水稻T0植株中，团队利用TRIM1对1个基因敲除，并同时对3个基因进行纯合精准编辑，效率高达22.8%。TRIM2在保留TRIM1全部功能的基础上，进一步实现Kb级大片段DNA的插入、替换、删除、倒位和易位等基因组操纵。
为便于载体设计与构建，团队还开发了自动化软件TKO_PegDesigner，并建立了两轮连接的多(pe)gRNA组装策略，可实现多达36个(pe)gRNA的高效组装。
03
育种迈向“一键时代”
TKO策略实现了高效、精准、可预测的基因敲除，规避了使用传统工具Cas9引发的框内突变问题，为多基因和多倍体单子叶植物的基因敲除提供了有效方案。
TRIM系统则首次将基因敲除、碱基编辑、小片段编辑及大片段基因组重构整合于同一平台，实现真正意义上的“多合一”基因组工程，为复杂性状设计和多个优异等位基因的快速聚合提供了强有力新工具，有望加速单子叶作物精准育种进程。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41587-026-03174-5
来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所
责任编辑：宋同舟
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