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基因编辑技术是面向未来生命科学产业市场竞争的关键技术之一，能否拥有自主知识产权的基因编辑技术，是这一领域国际竞争的核心。尽管目前国内在基因编辑应用研究方面居世界前列，但是基因编辑工具方面的基础研究和底层技术创新却相对滞后。
华中农业大学猪遗传育种赵书红教授团队研发出了一系列新的基因编辑底盘工具酶，开发了具有我国自主知识产权的精准CRISPR基因编辑技术，有望打破基因编辑底层专利垄断。
项目介绍
该研究团队以微生物为研究对象，通过宏基因组技术、基因组挖掘技术，获取具有特定功能的新型基因编辑酶；建立了通量化活性筛选技术，鉴定到新型高效的基因编辑底盘工具酶（图1）。由此开发了快速、高效的基因编辑酶挖掘新方法，并通过生物信息学的手段对候选基因编辑酶的功能进行准确快速地预测。最后，通过体外和细胞实验鉴定到PAM广泛的Gs12-1和耐热的Gs12-7高效基因编辑工具酶，突破了现有CRISPR/Cas12a的应用瓶颈，展现出新型编辑系统在体外分子诊断和生物育种方面广泛的应用前景（图1）。
该研究成果已获2项国家发明专利授权，分别为靶标识别范围广的核酸内切酶及其应用（授权号：ZL202310256014.9），耐热型核酸内切酶及其介导的基因编辑系统（授权号：ZL202310086152.7）。
图1.基因编辑酶挖掘平台与高效自主核酸酶鉴定
据悉，该研究团队重点围绕猪基因编辑与育种开展了系列工作。自主开发了sgRNA设计和脱靶评估软件（sgRNAcas9，CRISPR-offinder），发现微卫星重复序列会干扰基因编辑活性或脱靶检测准确性（Int J Biol Sci, 2017; Int J Biol Sci, 2019）。利用深度学习算法，针对不同Cas9变异体，研发了sgRNA活性评估算法及相应在线软件（sgRNAcas9-AI，访问：http://123.57.239.141:8080/）。率先建立了猪全基因组CRISPR文库介导的功能基因高通量挖掘技术体系，并利用该技术合作挖掘到一批介导乙型脑炎病毒（Nat Commun, 2020）、猪传染性胃肠炎病毒（PLoS Pathog, 2021; mBio, 2023）、猪流行性腹泻病毒（Int J Biol Macromol, 2023）、流感病毒（Int J Mol Sci, 2021）和黄曲霉毒素（Antioxidants (Basel), 2023）等病原微生物致病相关的抗病靶标。
图2.基因编辑技术开发与应用（引用：Front Genet,2022）
基于CRISPR/Cas系统，该研究团队还建立了核酸裸眼可视化检测新技术（ACS Synth Biol, 2020, 2021, 2022; Viruses, 2022; Virus Res, 2022）；新开发了“红-绿-黄”三色荧光介导的多重核酸检测技术（ACS Synth Biol, 2023）。利用基因编辑技术制备了乳铁蛋白基因定点敲入猪、抗蓝耳病猪和MSTN敲除的双肌臀恩施黑猪育种新材料（Cell Biosci, 2020）。此外，该团队优化和提升了PE基因编辑效率，开发了基于反转录子（Retron）的基因编辑工具酶，并基于PE基因编辑系统创建了多基因精准编辑技术。
未来该研究团队将持续挖掘和改造基因编辑工具酶，依托自主基因编辑系统，加强生物育种与体外分子诊断关键核心技术攻关和产业化应用。
END
长期以来，扬翔股份高度重视基因育种，通过与华中农业大学等高校开展产学研深度合作，研发出基因芯片、基因组选种选配算法，打造出普惠育种模式等，充分挖掘、发挥优秀基因价值，提升育种效率，并为行业发展提供技术和产品支持，为中国种业振兴贡献扬翔力量。
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