近日，生命科学学院王磊博士团队在植物学TOP期刊《New Phytologist》（五年影响因子10.2）发表了题为“CRISPR/Cas9-based editing of NF-YC4 promoters yields high-protein rice and soybean”（基于CRISPR/Cas9编辑的NF-YC4启动子生成高蛋白的水稻和大豆）的最新研究成果论文。该研究开发了一种新的思路，用基因编辑删除启动子的抑制子结合元件来增强基因表达，获得了高蛋白且非转基因大豆和水稻。

该研究发现过表达大豆(Glycine max L.)和水稻(Oryza sativa L.)的NF-YC4同源基因可以生成高蛋白大豆和水稻；其次，预测发现GmNF-YC4/OsNF-YC4 启动子存在两类抑制子（RAV1A 和WRKY）的结合基序；接着结合启动子序列融合Luciferase基因系统以及广泛的凝胶迁移（EMSA）实验，鉴定和证明了抑制子RAV和WRKY可以结合到特定的保守结合基序。

进而利用CRISPR/Cas9技术，精确编辑删除了大豆和水稻中保守结合基序，导致抑制因子结合能力丢失，被编辑基因表达增加，进而获得编辑过的非转基因高蛋白水稻和大豆，使大豆的蛋白质含量在叶片增加25%，在种子增加11%，使水稻的蛋白质含量在叶片增加68%，在种子增加17%，如下图。

全球很大一部分人口严重依赖淀粉类主食和植物性蛋白质来源。癌症和2型糖尿病等疾病的发病率不断上升，高蛋白、低糖饮食用于预防和治疗相关疾病，也更益于减肥、增肌和整体健康改善。因此，需要在合理范围内提高大米和大豆中的蛋白质水平。虽然转基因技术已被用于改良作物，但基因组编辑通过基因敲除提供了一种无转基因的替代方案。该研究通过非编码序列的精确基因组小片段删除来增强基因表达，提供了一种通用的新思路，有望在主要粮食经济作物如大豆等进行更广泛的应用，进而提高农作物营养品质和产量。

王磊博士为我校生命科学学院2023年新引进教师，入职后已在Plant Physiology，New Phytologist植物学1区TOP期刊发表最新研究成果，为该论文的第一作者，密西西比州立大学李灵教授为论文的通讯作者。该研究得到了石河子大学高层次人才计划(RCZK202468 to L.W) 和天池英才人才计划 (CZ001616 to L.W)、美国国家科学基金(2238942，MCB-0951170 to L.L)和Amfora公司 (to L.L)的资助。

论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.20141