基因编辑作为一种精准高效的对遗传操作技术，是功能基因组研究和农业生物育种的重要手段。基因编辑技术可以通过修改靶向DNA的序列来实现对特定基因的精准突变（修饰）。
基因编辑主要包括ZFN、TALEN和CRIPSR/Cas 三大系统，其中CRISPR/Cas9是当前最常用的编辑系统，具有高效率、高精准性，便捷性等特点。随着基因编辑技术在更加复杂基因组物种（同源、异源多倍体物种） 中的广泛利用，对基因编辑技术提出了更高的要求：比如对同源拷贝的高效、低脱靶编辑，更多PAM位点选择以及诱导型编辑等。另外，CRIPSR/Cas9基因编辑核心技术受控于国外专利，如果要运用这项技术进行商业化产品开发，就存在“卡脖子”的风险，因此突破国外基因编辑技术壁垒，已经成为我国生物学基础研究和生物育种急需突破的瓶颈。
图1. CRISPR/Cas12b 系统介导的棉花基因编辑（王琼琼，金双侠，张献龙等. 2020, Plant Biotechnology Journal）
近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室棉花团队开发的一种热诱导的基因编辑系统CRISPR/Cas12b获得了中国国家知识产权局的专利授权。国家知识产权局官方网站的信息检索结果显示：本专利是我国获批的第一个CRISPR/Cas12b基因编辑工具在高等植物中开发利用的授权专利，也是继中国农大开发的Cas12i 和Cas12j后，又一把我国自主研发的“基因剪刀”，有效地弥补了我国在基因编辑核心底盘工具开发领域的不足。棉花团队对本专利中的CRISPR/Cas12b系统进行了植物特有密码子优化、以及植物内源强启动子的筛选鉴定等技术创新提高了该系统在植物细胞中的编辑效率。相比CRIPSR/Cas9系统，CRISPR/Cas12b拓展了所识别的PAM序列，识别富含T的PAM。同时该系统具有热诱导活性，Cas12b蛋白在42-45℃条件下具有较高的靶向DNA酶切活性，能够在棉花细胞中产生有效的基因编辑（以9-23 bp长片段删除为主要编辑类型），而在35℃以下的活性则较低，这样就赋予了CRISPR/Cas12b只需要在短暂高温诱导的情况下就会产生基因编辑的特性。因此，可以利用这种可诱导编辑的特性在植物细胞基因组上建立一个“分子开关”：在需要编辑的时候，可以给予植物细胞短暂的“热激活处理” 实现靶向精准编辑；而当细胞生长温度恢复到常温（25-30℃）时，该系统处于“静默状态”，能够有效减少CRIPSR/Cas12b 激发状态时的能量代谢消耗并降低脱靶的可能性。经过大规模检测，CRISPR/Cas12b在棉花细胞中没有产生脱靶具有极高精准性。由于棉花属于耐热作物，与Cas12b的酶活特性十分契合。因此CRISPR/Cas12b在棉花及其它夏季作物中具有非常广泛的应用前景。
CRISPR/Cas12b系统在棉花中的成功开发应用，拓展了基因编辑技术的使用范围，为进一步打破国外的技术壁垒迈出了重要的一步。
据了解，这是棉花团队近年来开发的第9套基因编辑工具，此前该团队开发了CRISPR/ Cas9, Cas12a, Cas13a, 13b , 13d, CBE, ABE（碱基编辑器）, dCas9-TV（转录激活）等系统，能够实现靶向基因敲除、敲入、敲低、敲高及单碱基突变，在Advanced Science, Plant Biotechnolgy Journal, Plant Communications, Trends in Plant Science等杂志发表了15篇基因编辑工具开发论文，开发的基因编辑系列工具被国内外200多家实验室引进。展望未来，CRISPR/Cas12b等工具的成功开发应用将为我国生物育种产业发展提供新的关键底盘技术，凝心聚力打好种业翻身仗。
