STEME系統：一種助力體內定向進化的新工具

胡風越，王克劍

前沿聚焦

STEME系統：一種助力體內定向進化的新工具

胡風越，王克劍

中國水稻研究所，水稻生物學國家重點實驗室，杭州 310006

通過定向進化(directed evolution)可以快速進行蛋白工程改良及重要基因功能研究，以獲得新型農藝性狀突變體。近期，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊和李家洋團隊合作構建了新型的飽和靶向內源誘變編輯器(saturated targeted endogenous mutagenesis editors, STEMEs)，并在植物中實現了基因的定向進化和功能篩選。該系統融合了現有的2種單堿基編輯技術，成功實現在植物體內同時誘導C:G>T:A、A:T>G:C雙堿基編輯，通過靶向羧基轉移酶結構域編碼序列定向進化出水稻除草劑抗性植株。這種在體內進行基因定向進化的新方法，對于今后農作物重要農藝性狀的篩選和功能基因研究具有重要作用。本文對STEME系統的組成、編輯效率和應用原理進行介紹，并與已有的定向進化方法進行比較，為加速作物種質資源創新研究提供參考。

STEME；雙堿基編輯；定向進化；種質創新

育種是通過改變遺傳信息進而篩選獲得具有優良性狀的生物材料的過程。相較于傳統的通過物理(如紫外線)、化學(如甲烷磺酸乙酯)誘變產生隨機突變的方式，定向進化(directed evolution)技術具有靶向誘導變異、進化周期短和勞動節約型等優勢[1]，因此在植物種質創新研究中頗具潛力。

目前，定向進化方法多用于蛋白工程改良[3]，且常需借助大腸桿菌、酵母等進行體外培養。這些方法包括誘導產生隨機突變的epPCR (error-prone PCR)、位點飽和突變(site saturation mutagenesis)技術和基于基因重組的DNA shuffling、StEP重組(staggered extension process)等技術。然而……