一套用于水稻的基因编辑人工系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供了一套用于水稻的基因编辑人工系统及其应用。该人工系统包括具有氨基酸序列I的第I调节元件的核苷酸序列；氨基酸序列I选自如下1)至3)中的一种：1)如SEQ ID No.1和SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；2)从N端到C端依次如SEQ ID No.3、SEQ ID No.1的第一突变氨基酸序列、SEQ ID No.4和SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；3)从N端到C端依次如SEQ ID No.5、SEQ ID No.1的第二突变氨基酸序列和SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；第II调节元件，其包括含有靶核苷酸序列的第II‑1核苷酸序列包和含有sgRNA核酸序列的第II‑2核苷酸序列。

An artificial system of gene editing for rice and its application

【技术实现步骤摘要】
一套用于水稻的基因编辑人工系统及其应用
本专利技术涉及一套用于水稻的基因编辑人工系统及其应用。
技术介绍
基因组定点编辑技术是一种有效高质技术手段，可以用于植物功能基因组研究和作物分子遗传育种。基因组编辑技术主要通过以下三种人工内切核酸酶分别为：锌指核酸酶ZFNs、类转录激活因子效应物核酸酶TALENs和基于CRISPR/Cas系统的由RNA引导的内切酶。基因编辑的过程是在基因组靶位点处产生双链DNA断裂(DSBs)，DSBs可以通过非同源末端连接(NHEJ)和同源重组(HDR)进行修复。在CRISPR-Cas9系统的RNA引导内切核酸酶系统中的内切核酸酶，如Cas9，已被证明是用于植物基因编辑和调控的多功能工具酶。尤其是基于该系统发展而来的碱基编辑器在功能基因组学研究和作物精准分子育种中具有重要应用价值。但在gRNA引导Cas9结合到基因组DNA靶位点时，需要依赖于靶位点3’端的保守PAM序列。基于CRISPR/SpCas9系统发展而来的碱基编辑技术也会因所编辑靶位点的特殊性及可能没有合适的PAM序列导致碱基编辑效率受到限制，这些都在很大程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一套基因编辑人工系统，所述人工系统包括：/n第I调节元件，其包括能够编码氨基酸序列I的蛋白的核苷酸序列；其中所述氨基酸序列I选自如下1)至3)中的一种：/n1)如SEQ ID No.1所示的氨基酸序列和SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；/n2)从N端到C端依次如SEQ ID No.3、SEQ ID No.1的第一突变氨基酸序列、SEQ ID No.4所示的氨基酸序列和SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；其中，所述SEQ ID No.1的第一突变氨基酸序列为将所述SEQ ID No.1中的第10位的氨基酸由天冬氨酸突变为丙氨酸，其他氨基酸序列不变；/n3)从N端到C端依次如SEQ ...

【技术特征摘要】
1.一套基因编辑人工系统，所述人工系统包括：
第I调节元件，其包括能够编码氨基酸序列I的蛋白的核苷酸序列；其中所述氨基酸序列I选自如下1)至3)中的一种：
1)如SEQIDNo.1所示的氨基酸序列和SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；
2)从N端到C端依次如SEQIDNo.3、SEQIDNo.1的第一突变氨基酸序列、SEQIDNo.4所示的氨基酸序列和SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；其中，所述SEQIDNo.1的第一突变氨基酸序列为将所述SEQIDNo.1中的第10位的氨基酸由天冬氨酸突变为丙氨酸，其他氨基酸序列不变；
3)从N端到C端依次如SEQIDNo.5、SEQIDNo.1的第二突变氨基酸序列和SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；其中，所述SEQIDNo.1的第二突变氨基酸序列与所述SEQIDNo.1的第一突变氨基酸序列相同；
第II调节元件，其包括依次从5’端到3’端的第II-1核苷酸序列和第II-2核苷酸序列；所述第II-1核苷酸序列包括靶核苷酸序列；所述第II-2核苷酸序列包括sgRNA核酸序列；所述第II-1核苷酸序列和所述第II-2核苷酸序列转录融合，其产物能引导第I调控元件编码的蛋白至禾本科植物中的至少一种的基因组中待突变的靶位点处，并且
在所述氨基酸序列I为1)时，发生基因编辑时，所述禾本科植物的基因组在所述靶位点处被切割，并发生插入或删除突变；
在所述氨基酸序列I为2)时，发生基因编辑时，所述禾本科植物的基因组在所述靶位点处的C突变T；
在所述氨基酸序列I为3)时，发生基因编辑时，所述禾本科植物的基因组在所述靶位点处的A突变G；
当所述第II调节元件为多个时，包含在其中的多个第II-1核苷酸序列两两不相同。


2.根据权利要求1所述的人工系统，其特征在于，所述第I调节元件的核苷酸序列为能够适于在所述禾本科植物中表达的核苷酸序列，所述第II调节元件的核苷酸序列为能够适于在所述禾本科植物中发生转录的核苷酸序列；
优选能够编码如SEQIDNo.1所示氨基酸序列的核苷酸编码序列如SEQIDNo.6所示；能够编码如SEQIDNo.2所示氨基酸序列的核苷酸编码序列如SEQIDNo.7所示；能够编码如SEQIDNo.1的第一突变氨基酸序列的核苷酸编码序列与所述SEQIDNo.6所示的核苷酸序列的不同之处在，将所述SEQIDNo.6所示的核苷酸序列的第29位的腺嘌呤替换为胞嘧啶；能够编码如SEQIDNo.3所示氨基酸序列的核苷酸编码序列如SEQIDNo.8所示；能够编码如SEQIDNo.4所示氨基酸序列的核苷酸编码序列如SEQIDNo.9所示；能够编码如SEQIDNo.5所示氨基酸序列的核苷酸编码序列如SEQIDNo.10所示；
优选所述第II-2核苷酸序列如SEQIDNo.11所示。


3.根据权利要求1所述的人工系统，其特征在于，所述第II-1核苷酸序列包括IIS型限制性内切酶的酶切位点，所述靶核苷酸序列能够通过所述IIS型限制性内切酶的酶切位点而被克隆，以使所述第II-1核苷酸序列与第II-2序列转录融合；
当所述第II调节元件为多个时，用于克隆不同靶核苷酸序列的所述IIS型限制性内切酶的酶切位点两两不相同。


4.根据权利要求1所述的人工系统，其特征在于，通过如下方式确定所述靶核苷酸序列：
1)确定所述禾本科植物的基因组上需要被改造的核苷酸序列；
2)判断步骤1)中所确定的需要被改造的核苷酸序列为基因组中的特异性序列，
并根据所述第I调节元件来判断待突变的核苷酸位点的碱基发生突变后引起的改变是否符合预期；或者根据所述第I调节元件来判断待突变的核苷酸位点的反向互补碱基发生突变后引起的改变是否符合预期；
对于符合预期者，所述待突变的核苷酸位点即为潜在的靶位点；
3)在需要被改造的核苷酸序列或其反向互补序列中筛选靶标序列：向潜在的靶位点的3′端方向搜索以确认存在能够被所述第I调节元件编码的氨基酸序列所识别的识别模序，并且

【专利技术属性】
技术研发人员：周焕斌，周雪平，王美霞，徐子妍，任斌，曹永森，旷永洁，严芳，
申请(专利权)人：中国农业科学院植物保护研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11