Nature Commun | 廣州大學(xué)關(guān)躍峰課題組開發(fā)FLICK-PE技術(shù)，突破雙子葉引導(dǎo)編輯瓶頸

引導(dǎo)編輯（Prime Editing，PE）作為精準基因編輯的“王牌技術(shù)”，能實現(xiàn)單堿基替換、小片段插入/缺失，在哺乳動物細胞和單子葉作物中已廣泛應(yīng)用，但在雙子葉植物的精準編輯效率遠落后于水稻、玉米等單子葉作物。盡管已廣泛嘗試常規(guī)優(yōu)化策略，但PE在雙子葉植物中的編輯效率仍然極低，導(dǎo)致大多數(shù)物種目前仍難以利用PE技術(shù)進行育種。

2025年12月4日，廣州大學(xué)關(guān)躍峰團隊在Nature Communications發(fā)表A flanking-nicks prime editor (FLICK-PE) system to boost prime editing in dicots的研究論文，開發(fā)FLICK-PE的新型引導(dǎo)編輯技術(shù)，在大豆和煙草中實現(xiàn)高效引導(dǎo)編輯。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)PE2技術(shù)雖經(jīng)常規(guī)優(yōu)化可一定程度提高效率，但在大豆中的編輯效率仍非常低下（不足5%），且難以穩(wěn)定遺傳。而在非編輯DNA鏈增加一個nicking sgRNA的PE3系統(tǒng)，可顯著提高大豆中的PE效率。研究團隊基于這一發(fā)現(xiàn)，在PE3的基礎(chǔ)之上融合了第二個nicking sgRNA（兩個非編輯鏈的nicking sgRNAs分別位于靶位點處的上游和下游），開發(fā)了FLICK-PE（Flanking-nickPrimeEditor）新型PE系統(tǒng)。大豆中FLICK-PE平均編輯效率比PE2提升15.7倍，比PE3提升2.2倍，最高可達35.8倍。而穩(wěn)定轉(zhuǎn)化大豆的有效編輯效率也可達11.1%-21.1%，成功獲得純合編輯大豆植株。在煙草中，F(xiàn)LICK-PE在瞬時轉(zhuǎn)化效率比PE2提升8.15倍，比PE3提升1.49倍，最高達15.27倍。穩(wěn)定轉(zhuǎn)化編輯效率達19.4%，成功實現(xiàn)ALS1基因的精準編輯。研究還發(fā)現(xiàn)，MLH1-RNAi通過抑制MMR能顯著提升PE2/PE3的效率，但對FLICK-PE則未表現(xiàn)增益效應(yīng)。因此，F(xiàn)LICK-PE可能通過在PE3基礎(chǔ)上融合雙切口sgRNA，減弱了MMR，使精準編輯產(chǎn)物被修復(fù)的概率降低。這與MLH1-RNAi的機制有共通之處。

圖1 FLICK-PE新型引導(dǎo)編輯系統(tǒng)

研究團隊進而用FLICK-PE系統(tǒng)精準編輯大豆EPSPS1a基因，引入TAP-IVS三重氨基酸突變，高效培育出可穩(wěn)定遺傳的基因編輯抗草甘膦大豆新種質(zhì)，其主要農(nóng)藝性狀與野生型大豆無明顯差異，但可耐受2倍工作濃度的草甘膦。

圖2 FLICK-PE新型引導(dǎo)編輯系統(tǒng)編輯效率統(tǒng)計圖

總之，F(xiàn)LICK-PE新型引導(dǎo)編輯技術(shù)的開發(fā)，在大豆中首次實現(xiàn)了PE系統(tǒng)的建立，也首次創(chuàng)制了基因編輯抗草甘膦大豆。該技術(shù)在其他雙子葉植物中（如煙草）同樣有效，為解決雙子葉植物引導(dǎo)編輯效率低下提供了全新的策略，助力更多作物進入精準育種新時代。

圖3 FLICK-PE新型引導(dǎo)編輯系統(tǒng)創(chuàng)制抗草甘膦大豆表型圖

廣州大學(xué)關(guān)躍峰教授為本論文的通訊作者，廣州大學(xué)博士后柏夢焱、廣州大學(xué)碩士生張潔萍、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)/廣州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生林文鑫為共同第一作者。這項工作得到了中國國家重點研發(fā)計劃、博士后創(chuàng)新人才支持計劃和生物育種-國家科技重大專項等項目資助。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67046-3