面對雜草對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的威脅以及入侵植物導(dǎo)致的環(huán)境危機等挑戰(zhàn)，對野生植物進行群體水平上的基因控制已成為具有潛力的策略。然而，植物基因組存在著一類自私的基因或遺傳元件，使其以超越孟德爾定律的比例傳遞給后代，被稱為基因驅(qū)動元件。受天然基因驅(qū)動元件的啟發(fā)，開發(fā)人工基因驅(qū)動工具為改造野生植物群體提供了潛在的解決方案。

近期，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所錢文峰團隊在植物中開發(fā)了名為CRISPR-Assisted Inheritance utilizing NPG1（CAIN）的基因驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于毒藥-解藥機制，通過在植物花粉中產(chǎn)生毒藥效應(yīng)，顛覆孟德爾遺傳規(guī)律。具體而言，CRISPR/Cas9靶向切割花粉萌發(fā)所必需的基因NPG1，作為毒藥阻止花粉萌發(fā)；重新編碼的、不受CRISPR/Cas9切割的NPG1拷貝作為解藥，為攜帶基因驅(qū)動元件的花粉回補正常萌發(fā)所需的基因功能?；蝌?qū)動工具的實際應(yīng)用對象為野外異交繁殖的物種，但為了保證工具開發(fā)過程的生物安全，研究人員選用了自交繁殖的擬南芥作為材料。結(jié)果顯示，CAIN在連續(xù)兩個人工雜交世代中表現(xiàn)出顯著的高效遺傳，高于孟德爾遺傳的期望比例50%。

CAIN有望為控制雜草數(shù)量以及保護植物多樣性等提供技術(shù)支持，并可以用于未來快速改良或抑制野生植物群體等研究。

6月17日，相關(guān)研究成果以Overriding Mendelian inheritance in Arabidopsis with a CRISPR toxin-antidote gene drive that impairs pollen germination為題，在線發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和中國科學院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃的支持。

遺傳發(fā)育所開發(fā)出植物基因驅(qū)動工具