近日，生物學院林木遺傳育種全國重點實驗室安新民教授團隊在楊樹無痕編輯領域取得突破性進展，該研究創新性地構建了集可視化監測系統 (RUBY)、多基因編輯 (CRISPR/Cas9-sgRNAs)、外源 DNA清除系統(LoxP::FRT/FLP)的“三位一體”可視化無痕編輯系統 (Visual Monitoring DNA-Free Multi-Gene Editing System, VMDFGE)，相關成果發表于Plant Biotechnology Journal（一區，Top期刊）。
CRISPR-Cas9系統已成為用于精準基因組編輯的強大“分子手術刀”，深刻變革了植物遺傳與育種，推動了植物種質創新與品種改良。隨著基因編輯技術的不斷進步和完善，CRISPR/Cas9系統能夠同時編輯多個基因。然而，解決基因編輯后殘留編輯組件的問題、提高篩選效率以及建立一種穩定高效、不含外源轉基因元件的基因編輯技術至關重要。
研究整合了三個系統：熱誘導外源基因切除系統、多基因編輯系統和可視化系統。通過切除T-DNA border (TB)內的片段并重新設計對其進行修飾。在TB后1 bp處插入LoxP和FRT 重組位點，以利于中間序列的切除。重組酶系統設計使用HSP熱誘導啟動子進行溫控啟動，使元件能夠從編輯后的轉基因植物中移除。多基因編輯系統采用了CRISPR Cas9/Csy4 系統 (Csy4-Cleavable Cassettes)，該系統對多基因編輯效率高，并對Cas9 蛋白序列進行了密碼子優化。同時，可視化整合了RUBY系統，并添加了Kozak序列以增強RUBY基因表達和篩選效率。在適當的溫度誘導下，FLP重組酶在識別位點切割基因組DNA，只留下‘LB-LoxP::FRT-RB’結構，而外源基因刪除系統、基因編輯系統和可視化系統將從宿主基因組中被切除并降解代謝。
該研究最終在84K楊中實現了75.0%的可視化篩選效率、45.8%的多基因編輯率及54.5%的外源DNA切除效率。這一技術不僅攻克了傳統CRISPR系統中脫靶效應、編輯元件及篩選標記殘留的安全性難題，更為多年生木本植物提供了穩定的“編輯后無轉基因痕跡”的分子育種新工具，有望推動基因編輯植物新品種監管批準和商業化進程。
北京林業大學生物科學與技術學院博士生吳茹茜為論文第一作者，北京林業大學生物科學與技術學院安新民教授與秦德彬講師為該研究工作共同通訊作者。
研究工作得到了國家重點研發計劃（2021YFD2200101）、農業生物育種重大項目（2022ZD0401503）、國家自然科學基金（31870652, 31570661）、國家自然科學基金青年基金（32100196）等項目的資助。
