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用CRISPR编辑水稻基因实验研究
在作物中产生所需的基因多样性，是基本功能基因组学研究和农业分子育种的主要目标。利用工程核酸酶的基因编辑，例如，锌指核酸酶（ZFN）和转录激活因子样效应核酸酶（TALEN），可有效地在植物基因组的特定位点产生遗传变异。这些核酸酶可诱导位点特异性双链断裂（DSBs），然后通过同源重组（HR）或非同源末端连接（NHEJ）修复。
*近，更便宜和更容易使用的基因编辑系统——（CRISPR）/ CRISPR相关蛋白9（cas）系统，已被证明可在各种植物中实现高效的基因组编辑，包括水稻、拟南芥、烟草、小麦、高粱、玉米、番茄、苔类植物等等。由于其简单、快速和广泛的适用性，该系统已新兴成为植物生物学基础研究各个方面的一个有力工具。此外，CRISPR/Cas9系统也已成功地应用于改良作物性状。利用CRISPR/Cas9基因编辑，研究人员可同时靶定六倍体基因组中一个抗病基因的三个拷贝，在普通小麦中人工创建了抗病的性状。该研究小组*近的研究也表明，通过CRISPR/Cas9基因编辑可快速改良水稻中的一种抗除草剂性状。延伸阅读：首次用CRISPR编辑树木基因组。
虽然CRISPR/Cas9已日益成功应用于位点特异性的植物基因组编辑，但是大多数的数据是来自于过渡相试验或稳定转基因事件代。事实上，有限的研究表明，在拟南芥、烟草、番茄和水稻中，CRISPR/Cas9产生的靶向基因组修饰可能传递到下一代。在拟南芥中，早世代中的大多数突变是体细胞突变，从而使我们很难预测下一代中的靶基因型。相比之下，在水稻中通过类似的CRISPR/Cas9系统产生的大多数假定纯合突变，表明是胚系突变，根据经典遗传学理论可以进行传递。
基因编辑因不同物种、靶位点、转基因方法和CRISPR/Cas9构建而有所差异，因此，作物中发生的传递模式仍然需要进一步探索。此外，虽然遗传模式已经在拟南芥后代中深入研究，但只有初步的数据显示了水稻后代中修饰模式的遗传传递模式。因此，应该更详细地研究水稻后代中定向编辑的遗传模式。
脱靶效应是CRISPR/Cas9系统应用中的另一个主要问题。在人类细胞中，脱靶突变实际上是由CRISPR/Cas9诱导的，但是CRISPR/Cas9在植物中的特异性尚不清楚。利用深度全基因组测序和大规模筛选的独立研究表明，脱靶突变在拟南芥、水稻和烟草中很罕见。然而，有研究小组在对一个水稻家族进行多基因敲除的时候，观察到了相对高频率的脱靶突变。在动物研究中，sgRNAs的精心设计被认为可有效避免的脱靶突变，也有研究小组开发出几种生物信息学工具，来促进植物中的sgRNA设计，但是其稳定性仍有待于实验测试。
在这项研究中，研究人员借助于在线靶标设计工具，对水稻四个不同的基因进行了CRISPR/Cas9介导的基因编辑。在T0代中观察到了高频率诱变和比例较大的假定等位基因突变。而且，这些研究结果还表明，双等位基因T0株系后代的基因型往往很难预测，突变的传递基本上不符合经典的遗传规律，这表明，T0代转基因水稻中的突变主要是体细胞突变。
接下来，研究人员探索了T1植株的遗传模式。不管是否存在CRISPR/Cas9转基因，T1株系中的突变可稳定地传递给后代，从而指出了一种标准的种系传递模式。研究人员对脱靶效应进行了评价，结果表明，通过仔细选择靶标，在CRISPR/Cas9介导的水稻基因编辑中脱靶突变是很罕见的。
