引导编辑（prime editing，PE）技术能够在不产生DNA双链断裂、不依赖供体模板的条件下实现碱基替换以及小片段的精准插入与删除，脱靶和副产物也相对较少，是作物精准育种中被寄予期待的工具之一。但目前在双子叶植物中，引导编辑的效率偏低且不同靶点之间差异较大。

 

    2026年10月28日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队在Nature Plants杂志在线发表了题为SmartPE enables efficient prime editing in dicot crops的研究论文（DOI：10.1038/s41477-026-02447-w）。研究团队将逆转录模板（RTT）中的错配设计引入双pegRNA引导编辑策略，并结合使用了顺式调控元件和工程化逆转录酶，建立了SmartPE系统，在双子叶植物中实现了较为普适的高效引导编辑。

 

    研究团队首先在启动子与Cas9编码序列之间插入顺式调控元件以提高编辑器表达，其中调控元件START使编辑器转录水平提高2.1倍，在拟南芥四个内源靶点上编辑效率提高约1.8倍，由此得到的编辑器被命名为PEd1。在此基础上，团队尝试了双pegRNA策略，但编辑效率并未提高。研究者推测，逆转录模板与基因组DNA之间的互补配对可能干扰逆转录过程，且以往研究也表明细胞的错配修复（MMR）途径会抑制引导编辑的效率。据此，在两条pegRNA的逆转录模板中同时引入互补的错配碱基，该方法在拟南芥四个内源靶点上的平均编辑活性提高6倍以上，最高约达10%，将其命名为SmartPE (Strategy of dual-pegRNA with Mismatch-Assisted Reverse Transcription-mediated Prime Editing)。

 

    团队进一步分析了SmartPE的设计规律。错配密度方面，连续错配或间隔3 bp时效率最高（可达20%），间隔达到6 bp以上则明显下降，这与单pegRNA系统中报道的规律不同。错配位置方面，在错配数量相近的情况下，位于编辑窗口两端的错配能够有效提高编辑效率，位于中部的错配则未见提升作用，表明错配设计对逆转录起始可能有重要作用。研究人员进一步通过在U2OS和HeLa细胞中比较发现抑制MMR的SB蛋白能够促进单pegRNA系统的引导编辑效率，但对SmartPE没有影响。这提示SmartPE与单pegRNA策略在细胞内的修复通路不同，其背后的分子机制仍有待进一步阐明。

 

    团队进一步验证了SmartPE系统在双子叶作物中的适用性。在原生质体实验中，番茄的9个靶点中有6个位点编辑效率超过10%，大豆11个靶点中有9个效率超过5%，油菜的5个靶点最高效率达到并超过10%左右，而常规引导编辑在部分靶点上几乎没有活性。在实际应用中，可通过引入氨基酸的碱基同义突变来制造RTT错配，团队据此在大豆和番茄原生质体中实现了多个单氨基酸替换，编辑效率相比于传统PE系统提高了1.6-11.1倍。

 

    在稳定转化实验中，SmartPE在番茄毛状根的SlOR2位点获得了纯合（7.3%）和杂合（12.5%）编辑株系，而标准PE策略只得到杂合编辑（1.0%）和若干嵌合体；在拟南芥中实现了FLAG标签的无缝插入，在番茄中实现了增强子和重组位点的插入，编辑效率最高达32%，两个靶点共编辑效率可达17%；在大豆中目前只得到了嵌合体，需进一步研究。综上，SmartPE系统在拟南芥、番茄、大豆和油菜等多种双子叶植物中提高了引导编辑效率，并归纳出关于错配密度与分布的经验性设计原则，为双子叶作物引导编辑提供了一个可用的工具框架。

 

    中国科学院遗传发育所高彩霞研究员为该论文的通讯作者。高彩霞研究组已毕业博士生刘怡静与博士后孙超为本论文共同第一作者。中国科学院遗传发育所高彩霞团队副研究员张瑞、齐禾生物科技有限公司徐虎、冉毅东和李丽娟老师对本研究作出了重要贡献。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

SmartPE系统提高双子叶植物引导编辑效率