基因組編輯技術(shù)是最新發(fā)展起來的植物基因功能研究及定向育種的重要手段。在植物中實現(xiàn)基因組編輯的常規(guī)方法是將序列特異性核酸酶（如CRISPR/Cas9）的編碼DNA轉(zhuǎn)化植物細胞，穩(wěn)定表達進而實現(xiàn)對目的基因的定點編輯。這種情況下，CRISPR載體整合在植物染色體中，需通過后代分離獲得不含CRISPR/Cas9 DNA的植株。由于此過程涉及轉(zhuǎn)基因植物，因此生物安全性可能會受到一定的質(zhì)疑；同時，CRISPR/Cas9 DNA的穩(wěn)定表達會增加脫靶以及嵌合體發(fā)生的概率。此外，對于轉(zhuǎn)化困難的植物基因型、物種和營養(yǎng)繁殖的植物，這種基于植物穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化的基因組編輯技術(shù)路線就暴露其局限性。為了解決這些問題，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞研究組在植物中率先建立了基于CRISPR/Cas9瞬時表達的基因組編輯體系。該研究通過CRISPR/Cas9 DNA或RNA瞬時表達，對六倍體小麥及四倍體小麥的7個不同基因進行了定點敲除，突變效率為1.0%-9.5%，且在T0代得到了不含外源基因的小麥純合敲除突變體。瞬時表達CRISPR/Cas9的基因組編輯技術(shù)體系與常規(guī)的基因組編輯技術(shù)體系的定向突變效率相似。對突變體植物中32個潛在脫靶位點進行分析，發(fā)現(xiàn)通過瞬時表達CRISPR/Cas9 DNA或CRISPR/Cas9 RNA獲得的突變體中均未發(fā)生脫靶效應(yīng)，證明這兩種方法具有更高的特異性。通過瞬時表達CRISPR/Cas9 基因組編輯技術(shù)體系獲得的突變能穩(wěn)定遺傳，純合突變體表現(xiàn)出相應(yīng)的預(yù)期表型。

　　這一瞬時表達CRISPR/Cas9的基因組編輯技術(shù)體系的建立，將會大大提高基因組編輯在植物中的生物安全性并促進基因組編輯在植物中的應(yīng)用。尤其是瞬時表達CRISPR/Cas9 RNA的方法，由于整個基因組編輯過程中不涉及外源DNA，將有助于生物安全植物基因組編輯育種的進程。該研究成果于8月25日在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上（DOI: 10.1038/ncomms12617）。高彩霞研究組博士生張毅、梁振、宗媛為該論文的并列第一作者，相關(guān)研究得到基金委、中科院、農(nóng)業(yè)部及科技部的資助。

瞬時表達CRISPR/Cas9 DNA或CRISPR/Cas9 RNA基因組編輯技術(shù)流程圖