碱基编辑的突破增强了西瓜的基因工程和性状进化

胞嘧啶和腺苷碱基编辑器(CBE 和 ABE)是分子育种不可或缺的一部分，能够精确修饰植物中的单核苷酸多态性 (SNP)，这对于农艺性状和物种进化至关重要。尽管它们在水稻、玉米和西瓜等作物上取得了成功，但它们的范围仅限于这两种类型的碱基替代。

最近在哺乳动物细胞中使用 CGBE(C 到 G 碱基编辑器)的进展显示出扩大这种能力的希望。然而，在植物物种中实现高效率和更广泛的应用仍然存在挑战，特别是在西瓜等作物中，SNP 替代显着影响性状进化。目前的研究重点是开发针对西瓜的高效CGBE，旨在扩大植物分子育种中碱基编辑的范围。

这篇题为“开发西瓜高效 CGBE 碱基编辑器”的文章发表在《园艺研究》上。

在本研究中，采用两步优化过程开发了专为西瓜定制的胞嘧啶至鸟嘌呤碱基编辑器 (CGBE)，整合了人类 APOBEC3A (hA3A) 脱氨酶和拟南芥 UNG。最初，hA3A-CBE 被设计为诱导 C 到 G 碱基替换以及 C 到 T 编辑。测试了各种启动子(例如 AtUbi、2×35S 和 AtRps5a)来驱动拟南芥密码子优化的 hA3A-nCas9 (D10A)-UGI 融合蛋白表达。

使用针对三个西瓜基因(ClALS1、ClDA1 和 ClEOD1)的 4 个 sgRNA 生成转基因西瓜植物。结果表明，基于 AtUbi 和 2×35S 启动子的 CBE 实现了较高的 C-to-T 编辑效率(分别为 27.0% 和 93.4%)，而一些样本还表现出 C-to-G 颠换，这可能是由于识别以及通过内源性 UNG 切除 C-to-U 突变。

为了提高碱基编辑技术在西瓜中的适用性，研究通过从常用的hA3A-CBE中去除尿嘧啶糖基化酶抑制剂(UGI)单元并添加尿嘧啶-DNA糖基化酶(UNG)，开发了高效的CGBE编辑器(SCGBE2.0)成分。

从稳定转化的西瓜植株中获得的结果表明，SCGBE2.0可有效诱导43.2%的转基因植株中C5-C9位置的CG突变(最大碱基转换效率为46.1%)和23.5%的转基因植株中的C4位置的CA突变。转基因植物(最大碱基转化效率为45.9%)。

该编辑器首选 NGG 和 NAG PAM 序列，扩大了西瓜中位点偏好的 C 到 G/A 转换的可能性。此外，SGBE2.0未来的优化应集中在缩小编辑窗口和减少indel形成，以提高西瓜基因组编辑的精度和效率。

总体而言，这种新颖的编辑系统在西瓜中实现了高效的C-to-G/A突变，为西瓜的精确碱基修饰和定点饱和诱变提供了高效的碱基编辑工具。 CGBE 开发的这一突破不仅扩大了西瓜分子育种的范围，而且为其他双子叶植物的研究提供了新途径。