单碱基编辑技术及其在动物育种中的应用研究进展

摘要：单碱基编辑技术是以CRISPR/Cas9（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）系统为基础衍生出的能够对基因组进行精确定点编辑的一项新技术。与CRISPR/Cas9 技术系统不同，单碱基编辑系统通过在双链造成单切口后对碱基进行单碱基的替换，有效解决CRISPR/Cas9 基因编辑系统双链断裂易产生片段插入或者缺失的缺陷，提高单碱基编辑的精确性及效率。本文介绍了胞嘧啶碱基编辑器（Cytosine Base Editor）、腺嘌呤碱基编辑器（Adenine Base Editor）以及最新的引导编辑系统（Prime Editing）的建立过程、原理、优缺点及其在动物育种中的应用，并对单碱基编辑技术发展进行展望。

1 单碱基编辑技术的创建与优化

1.1 单碱基编辑技术的创建

单核苷酸变异（SingleNucleotide Variants，SNVs）是动植物产生性状变异的遗传基础，也是人类疾病发生的主要原因之一，其对动植物育种、基因治疗、药物开发等方面具有重要意义。因此，开发一种精确且高效实现碱基替换的技术显得尤为重要，在此背景下，研究人员开发了单碱基编辑系统。

1.1.1 CBE 的建立与原理

2016 年，Komor在Nature杂志上首次报道了基于CRISPR/Cas9系统，且不需要引入DNA双链断裂即可进行单碱基转换的基因编辑技术——CBE。与CRISPR/Cas9系统相比，CBE 在原系统基础上改造了Cas9 蛋白（dead Cas9、dCas9），并添加了胞嘧啶脱氨酶。Komor对野生型Cas9 蛋白上引入2个氨基酸突变Asp10Ala 和His840Ala，在去除Cas9蛋白剪切DNA双链的能力的同时，保留其结合DNA 靶位点的活性；而胞嘧啶脱氨酶有将胞嘧啶（C）脱去氨基变为尿嘧啶（U）的能力。该系统工作时，guide RNA 将dCas9 引导至靶位点，dCas9与DNA双链结合但不发生切割，胞嘧啶脱氨酶使靶位点上的胞嘧啶（C）脱去氨基变为尿嘧啶（U），当DNA 发生复制时，该靶位点上的尿嘧啶（U）会变成胸腺嘧啶（T），而DNA 双链中互补链中靶位点互补的碱基也会由鸟嘌呤（G）变为腺嘌呤（A），从而实现G:C 与A:T 碱基对的替换（图1）。

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