近年來開發的腺嘌呤和胞嘧啶堿基編輯器（ABE和CBE）在植物上實現了精準的A-to-G和C-to-T的定點替換，穩定高效的特性使其得到了廣泛的應用，但目前堿基替換類型有限。近日，上海交通大學/中科院分子植物卓越中心陸鈺明課題組與朱健康院士團隊合作在《Plant Biotechnology Journal》發表了題名為“Efficient C-to-G editing in rice using an optimized base editor”的研究論文，成功開發出一種能在水稻中實現高效C-to-G精準替換的新型堿基編輯器。   　　對于植物而言，更豐富的編輯類型可創制更廣泛的遺傳多樣性，利于植物研究和育種。為了拓展堿基編輯器的編輯類型，研究團隊首先開發了一種用于快速評估C-to-G/A精準替換的雙熒光素酶報告系統，在水稻原生質體中對不同的尿嘧啶-DNA-糖苷酶、胞嘧啶脫氨酶和載體結構等進行了一系列的摸索和優化，發現水稻內源的尿嘧啶-DNA-糖苷酶（OsUNG）編輯活性較高。同時將脫氨酶Anc689進行R33A突變后，進一步提高了C-to-G/A的編輯效率。研究團隊最終將C-to-G的轉換效率大幅提升了12.1倍，并將該單堿基編輯器命名為OsCGBE03。   　　研究團隊用CGBE系統對水稻6個內源位點進行了精準編輯，Hi-Tom檢測發現所有測試靶點均實現了精準的C-to-G轉換（嵌合率>10%），效率最高達30.5%。同時，在編輯靶點內也檢測到了精準的小片段缺失，說明其創制小片段缺失突變的潛在價值。對后代植株（T1）的檢測發現，CGBE系統創造的多樣化編輯類型可以穩定地遺傳到下一代，證明了該系統在植物精準育種中的價值。后續，研究團隊利用CGBE系統靶向編輯了水稻ALS1基因，通過一次編輯同時創制了8種不同的氨基酸突變類型。通過對后代除草劑抗性進行篩選，得到兩種有效的抗除草劑突變（G628D和G628E）。同時，又編輯了水稻氮高效關鍵基因NRT1.1B的T327位點，獲得了穩定的C-to-T（T327M）和C-to-G（T327R）突變，豐富了水稻氮高效相關的遺傳材料，展示CGBE系統創制遺傳多樣性的能力。   　　陸鈺明教授和南方科技大學朱健康院士為本文的共同通訊作者，中科院分子植物卓越中心田益夫博士、沈潤東博士及湖南省農科院李祖任副研究員為本文共同第一作者。本研究得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃等多個項目的資助。