技术突破概述 - 研究团队在植物体内首次构建了名为GRAPE的快速通用定向进化系统，该系统基于工程化改造的双生病毒复制子，能够在植物底盘中进行高效的基因定向进化[4] - GRAPE系统解决了植物体细胞增殖缓慢对突变积累与筛选效率的限制，通过将目的基因功能与病毒滚环复制机制偶联，实现快速筛选富集[6] - 该系统在单张本氏烟叶片上4天内可完成对多达10^5个目的基因变体的高通量筛选，且进化产物无需额外优化即可直接应用[11] 技术原理与构建 - 核心技术是对双生病毒复制子进行工程化改造，使滚环复制过程与基因功能偶联，通过农杆菌渗入法将复制子文库导入植物叶片进行体内筛选[7] - 系统通过深度测序计算基因变体占比变化，促进复制的变体被富集，抑制复制的变体被淘汰，实现定向进化[7] - 该系统可与多种基因功能形成正向或负向偶联，适用于内含肽、蛋白酶、重组酶、核酸酶等不同类型基因的定向进化[9] 应用成果展示 - 利用GRAPE系统成功对植物免疫受体NRC3进行定向进化，获得保留免疫活性且不受线虫效应蛋白SPRYSEC15抑制的变体[8] - 对水稻免疫受体Pikm-1进行两轮迭代定向进化，获得可同时识别稻瘟菌AVR-Pik效应子6种亚型并激发免疫反应的变体，显著拓展识别谱[8] - 该技术为抗病作物育种创造了宝贵遗传资源，为植物分子育种和合成生物学提供高性能技术平台[8][11] 行业影响评价 - 该研究填补了植物生物学领域体内定向进化方法的空白，被审稿人评价为对该领域将产生重大影响的技术进步[11] - GRAPE系统为植物基因及蛋白工程化改造开辟全新技术路径，有望突破作物育种的遗传资源瓶颈[3][11]