来自中国科学院(CAS)遗传与发育生物学研究所的高彩霞小组开发了一种新方法，通过精确设计上游开放阅读框(uORF)，将植物中的基因翻译下调到可预测和期望的水平。

该研究于9月<>日在线发表在Nature Biotechnology上。

基因组编辑在植物中的发展和应用彻底改变了基于分子设计的作物育种。开发基于精确基因组变化的微调基因表达的方法对于在作物中培育新的和期望的性状至关重要。广泛使用的基因编辑工具，如CRISPR-Cas，CRISPR干扰和RNA干扰通常完全阻止基因转录或将其降低到确定但不可预测的水平。

CRISPR-Cas9驱动的启动子诱变提供了一种在转录水平上产生定量表型变化并产生广泛基因表达水平的方法。在翻译水平上可预测和增量调节内源性基因表达的方法将进一步扩展控制基因活性的方法。

2018年，Gao的团队领导开发了一种高效且可调的方法，通过敲除内源性uORFs来上调蛋白质表达。2020年，他们将这项技术应用于草莓的遗传改良，产生了多种含糖量不同的新草莓种质。

uORF是真核生物中重要且通用的顺式调节元件，被认为与mRNA翻译减少有关。许多因素，如uORF长度和uORF与初级开放阅读框(pORFs)之间的距离，都会影响uORF的抑制活性。因此，研究人员提出了两种下调基因翻译的策略：在靶基因的5'非翻译区(5'UTR)引入从头uORFs和内源性uORF的突变终止密码子以扩展其编码序列并增强其抑制能力。

瞬时系统中的双荧光素酶和蛋白质印迹测定表明，新产生和扩展的uORFs将LUC/REN活性比下调至野生型水平的9.5-86.9%，但对LUC/REN mRNA水平没有影响，从而证明了翻译控制。

使用精确的基因组编辑技术，如碱基编辑器和主要编辑器，研究人员获得了携带新的和扩展的uORF的突变水稻植物。然后，他们证实这些工程uORF对表型和蛋白质表达水平的影响与瞬时报告系统中观察到的影响相同。

为了逐步下调基因的翻译，研究人员结合了上述方法，并在OsTCP5，OsTB19和OsDLT的1' UTRs上生成了一系列具有不同抑制能力的uORF。瞬态系统表明，这些uORFs逐渐将pORF的翻译下调至野生型水平的2.5-84.9%。

此外，通过编辑编码矮小和低分蘖的5'UTR(参与油菜素类固醇(BR)转导途径的GRAS转录调节因子家族的成员)，他们获得了一系列具有不同BR灵敏度，株高和分蘖数量的植物，这些植物与瞬时原生质体测定中观察到的OsDLT水平的相应降低相匹配。

通过设计uORFs，研究人员开发了一种有效且广泛适用的方法，将植物中的基因翻译下调到可预测和所需的水平，这将大大改善未来的作物育种。