基因组编辑技术在农业领域的应用已极大推动作物改良，但传统以DNA形式递送基因编辑工具的方式存在外源DNA整合风险和脱靶效应。近年来，无外源DNA残留的基因组编辑递送技术备受关注。然而，尽管基于核糖核蛋白(RNP)的递送策略在小麦等作物中成功实现了T0代基因敲除，其复杂的制备与操作限制了应用拓展。相比之下，mRNA递送策略具有制备灵活、可大规模生产的优势，为基因编辑提供了一种高效、安全的替代方案。2016年，高彩霞研究组率先建立了基因枪介导的mRNA递送方法，并成功在T0代小麦中获得无外源DNA整合的基因敲除突变体(Zhang et al., Nature communications, 2016)。但是当前植物中的mRNA递送系统效率较低且在精准基因编辑如碱基编辑和引导编辑上的应用鲜有报道。近日，高彩霞研究组通过优化体外转录mRNA (IVT)的翻译效率与递送稳定性，成功开发了一种新型基因枪介导的mRNA递送系统v2_TMV/DEN2，显著提高了植物基因编辑效率，并在植物中实现了高效的C-to-T和A-to-G碱基编辑。

    本研究针对体外转录RNA (IVT)的翻译效率与递送稳定性进行系统性优化。研究发现，烟草花叶病毒(TMV) 5'UTR与120nt poly(A)尾可使IVT mRNA在原生质体中的翻译效率提升12.9倍，在水稻悬浮细胞中的编辑效率提高1.9倍。进一步引入登革热病毒(DEN2) 5'UTR序列并采用鱼精蛋白(protamine)包被技术，显著提高基因编辑效率最终构建新型mRNA递送系统v2_TMV/DEN2。值得注意的是，相比于当前广泛使用的质粒形式的递送方式，v2_TMV/DEN2在T0代水稻和小麦中的编辑效率平均提高4.3和3.5倍。对T0代水稻突变体进行全基因组测序分析发现v2_TMV/DEN2获得的突变体均无外源DNA片段整合。

    相关研究成果于2025年2月10日在线发表在Plant Biotechnology Journal杂志(DOI:10.1111/pbi.14591)。中国科学院遗传发育所高彩霞研究组博士后邱枫倜为本文的第一作者，高彩霞研究员为本文的通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、山东省重点研发计划(农业良种工程)、国家重点研发计划等项目的资助。

图：新型mRNA 递送系统v2_TMV/DEN2可在水稻和小麦中高效实现多种编辑形式