日本广岛大学基因组编辑创新中心的诸井桂之研究员、山本卓教授以及栗田朋和特任副教授发表研究成果称，为推进有望用于生物柴油等燃料生产的微细藻类“Nannochloropsis”的基因编辑研究，开发出了一种可脱落的碱基编辑载体（DNA载体）。该载体搭载“碱基编辑系统”，可在不引入DSBs（DNA双链断裂）的情况下实现基因改造。研究团队成功确立了构建不含外源基因的基因组编辑株的方法，相关研究成果已发表在《Scientific Reports》的2025年11月27日刊上。
图1 研究成果概要图（供图：广岛大学）
许多微细藻类能够在细胞内大量积累油脂和其他有用物质，所以被期待能用于生物柴油生产。但面临的最大问题是生产成本偏高。为了使其积累更多的油脂等物质，相关分子育种工作一直在推进。在此类分子育种中，通常先导入DNA双链断裂（DSBs），再借助藻类细胞自身的DSB修复机制导入突变。
基于DSBs的基因组编辑工具会结合特定位点并导入DSBs来实现靶向基因编辑，但在这一过程中，偶尔会发生包括靶向位点之外的基因在内的大规模基因缺失，或染色体间置换等有害反应。
此外，因转基因生物（GMOs）需遵守基于《卡塔赫纳生物安全议定书》的生物学封存管理规定，所以不含外源基因的碱基编辑系统被视为藻类生物柴油走向实用化必不可少的基础技术。
为此，研究团队以Nannochloropsis为对象，构建了一种在含有CEN/ARS的可脱落载体上搭载碱基编辑表达盒，并在完成碱基置换后能够脱落的载体。而CEN/ARS是与出芽酵母染色体稳定性相关的序列。
借助这一碱基编辑载体，研究团队在Nannochloropsis的5个内源基因的6个靶位点上成功引入了碱基置换。碱基置换效率达到29.2%～47.6%，并在完成碱基置换后成功实现了载体脱落。
采用这种不残留外源基因的基因组编辑方法，有望培育出可进行户外培养且油脂积累效率较高的“高功能藻类”。
栗田特任副教授表示：“本研究开发的系统能够抑制诸如大规模基因缺失或染色体间重组等不利反应。此外，该系统还能去除选择标记，因此可以反复进行编辑，在需要改造多个基因时这一优势将尤其明显。藻类的应用需要具备提高抗逆性和有用物质产量等多种功能，因此，该技术有望成为今后藻类分子育种中不可缺少的基础技术。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Scientific Reports
论文：Double-strand break-free and transgene-free genome editing in the microalga Nannochloropsis oceanica using removable vectors containing the CRISPR base editing system
DOI：10.1038/s41598-025-26657-y
