植物基因编辑的一个关键步骤是将Cas9蛋白和sgRNA递送到植物细胞中发挥作用,目前植物中的递送方式主要有农杆菌和基因枪转化两种，都需要通过较长时间的组织培养和再生才能获得完整的突变体植株。然而，组织培养和再生仍然是植物基因编辑的限速步骤，对于一些单子叶植物，尤其对于包含庞大且复杂的六倍体基因组的普通小麦，其基因组编辑尤为困难。开发无需组织培养且不受基因型限制的递送系统是植物基因组编辑需要解决的关键技术问题。
中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院大学现代农业科学学院高彩霞团队和中国农业大学李大伟团队合作开发了基于大麦条纹花叶病毒(BSMV)的sgRNA递送载体系统—BSMV-sg,在小麦中成功建立了高效、可遗传、不需要组织培养基因组编辑递送系统。该研究将sgRNA搭载到BSMVγ上构建出BSMVγ-sg系统，通过利用移动RNA元件(mAtFT, mTaFT以及tRNA) 对sgRNA进行修饰, 以期促进BSMV病毒向分生组织细胞的移动能力来提高可遗传的编辑效率。结果表明，不修饰的BSMVγ-sg对小麦叶片中具有较高的侵染能力和编辑活性。进一步将BSMV-sg系统对三个小麦Cas9表达品种的三个基因分别进行编辑,发现BSMV-sg均能够在病毒侵染植株的后代获得高效的可遗传突变，效率为12.9%-100%，且纯和突变体效率为1.6%-7.7%。此外，发现超过53.8%的突变体后代均不含病毒(virus-free)。通过混合含有多个靶点的BSMV-sg农杆菌并侵染小麦, 可实现多基因编辑。最后，将BSMV-sg侵染的Cas9转基因小麦花粉与野生型小麦进行杂交, 在F2代可获得不含Cas9 (Cas9-free) 的突变体后代。BSMV-sg介导的小麦基因组编辑递送系统具有高效、低成本、无需组织培养和再生过程的特点，可应用于小麦大规模和高通量基因组编辑，为小麦功能基因研究和分子设计育种提供重要技术支持。
该项研究成果于2021年7月14日在线发表于Molecular Plant杂志（DOI:10.1016/j.molp.2021.07.010）。中科院遗传发育所国科大、现代农学院高彩霞研究组博士生李停栋和中国农业大学生物学院张永亮研究组博士生胡佳成为该论文的共同第一作者，中科院遗传发育所青年研究员王延鹏和中国农业大学生物学院张永亮教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导专项A、国家自然科学基金的资助，农业生物技术国家重点实验室开放课题以及中国科学院青年创新促进会经费的资助
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图：BSMV介导的高效小麦基因编辑递送系统 |
