近日，我校动物科技学院羊遗传改良与生物育种团队联合国内多家单位在线粒体碱基编辑工具开发方面取得新进展。研究以“Enhanced C-To-T and A-To-G Base Editing in Mitochondrial DNA with Engineered DdCBE and TALED”为题发表于《 Advanced Science 》。我校王小龙教授、上海交通大学医学院李文教授、章美玲副研究员及上海脑科学与类脑研究中心/临港国家实验室胥春龙研究员为论文共同通讯作者。我校魏迎辉教授、博士研究生黄舒泓、硕士研究生姚方瑶及福建医科大学金铭博士为论文的共同第一作者。

研究通过在DdCBE系统基础上融合10种具有单链DNA活性的胞嘧啶脱氨酶，其中来自 Xenopus laevis 的AID (activation-induced cytidine deaminase)（简称xAID）展现出较高的碱基编辑活性，同时表现出较强的5’-GC偏好性（图1）。另外，研究人员在DddA11-xAID基础上通过引入已报道的DddA高保真位点和多种核输出信号（nuclear export signal, NES) 序列，同时通过全基因组测序、全线粒体高通量测序和扩增子测序系统评估了优化的DdCBE工具的mtDNA和核DNA脱靶活性，发现DddA11-T1391A-xAID-NES2版本具有编辑活性高、范围广及特异性强的特征。

其次，研究人员通过替换TALED系统中的DddA元件为DddA6，显著性地提高了mtDNA中A>G的碱基编辑效率（最高达18倍）。与DdCBE系统优化方案相似，作者们通过进一步引入已报道的DddA高保真位点和多种NES序列，同时通过全基因组测序、全线粒体高通量测序和扩增子测序系统评估了优化的TALED工具的mtDNA和核DNA脱靶活性，发现DddA6-Q1310A-AD-V106W-NES1版本具有编辑活性高及特异性强的特征。

最后，研究人员利用工程化的DdCBE工具（DddA11-T1391A-xAID-NES2）和TALED工具（DddA6-Q1310A-AD-V106W-NES1）结合split-DddA_tox的位置和方向，针对具有5’-GC偏好性、可模拟Leber遗传性视神经病变（m.3635G>A）位点和可模拟线粒体神经肌肉综合症（m.10010T>C）位点，在HEK293T细胞系上分别成功构建了可模拟这两种疾病的线粒体基因突变，发现这些突变会引起线粒体功能紊乱，例如出现ATP水平、线粒体呼吸链复合体I和IV水平降低及ROS水平上升等异常情况。

综上，该研究优化的DdCBE和TALED工具显著提高了线粒体基因组的靶向编辑效率、特异性或序列兼容性，对推动动物线粒体基因组的遗传修饰具有重要意义。

该研究得到国家“科技创新-2030”重大专项、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、陕西省“两链融合”重大专项和西北农林科技大学人才项目等项目资助，同时感谢我校高性能计算平台的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202304113