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基因编辑技术在植物中的开发和应用为分子设计育种带来了革命性的变化。基于基因编辑技术建立基因精细调控的方法对于精准设计育种至关重要。目前应用最为广泛的基因表达调控方法,如CRISPR-Cas、CRISPRi和RNAi等技术只能够实现对基因的完全敲除或将基因的表达抑制到不可预测的水平。 利用CRISPR-Cas9技术对启动子区域进行编辑,可以在转录层面将基因的表达调控至不同的水平,并产生大量不可预测的数量性状变异。但这种方法将耗费大量精力用以筛选理想的突变体。因此,开发新的能够可预测地精细调控基因表达的方法可以极大拓展现有的基因表达调控工具箱,为作物遗传改良提供有力的技术支撑。 上游开放阅读框(uORF)是真核生物mRNA上普遍存在的翻译调控元件,对基因主效开放阅读框 (primary open reading frame, pORF) 的翻译具有抑制作用。 2018年,中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组率先利用CRISPR-Cas9技术对uORF进行编辑,建立了精细上调内源基因翻译的方法,并利用该方法培育出了维生素C含量显著提高的生菜种质。2020年,高彩霞研究组又将这一技术应用于草莓的遗传改良,获得了梯度糖分的系列草莓新种质。 2023年3月9日,高彩霞团队在Nature Biotechnolgoy期刊发表了题为:Tuning plant phenotypes by precise, graded downregulation of gene expression 的研究论文。此前研究基础上,通过对上游开放阅读框(uORF)进行设计,开发了能够可预测地精细下调目标基因蛋白表达的新方法,为未来的分子设计育种提供了重要的技术手段。