6月26日，华南农业大学农学院林秋鹏教授、祝钦泷研究员团队，联合广州医科大学生命科学学院/附属番禺中心医院黄佳颖教授团队，在Advanced Science（中科院一区Top期刊，影响因子14.1）在线发表题为″Discovery and engineering of a rat endogenous retrovirus reverse transcriptase for efficient prime editing″的研究论文。该研究筛选并改造得到新型高效逆转录酶enRERV-RT，以此为核心元件构建出一套动植物通用的高效引导编辑技术体系，可同时应用于精准基因治疗与分子育种领域。
精准基因编辑是遗传病治疗、作物分子育种等领域的核心前沿技术。引导编辑（Prime Editing）技术因无DNA双链断裂、精准度高而备受关注。研究表明，引导编辑的效率高度依赖核心蛋白逆转录酶，但现阶段可用的高效逆转录酶种类有限且效率仍有较大优化空间，限制了引导编辑技术的进一步应用。此外，现有引导编辑技术缺乏高通量、标准化的性能评价体系，难以系统解析编辑规律、快速筛选最优工具并指导精准优化。因此，挖掘新型高效逆转录酶、开发广谱高效引导编辑技术、建立标准化评价平台，对推动精准医疗与种业创新具有重要的意义。
图1 逆转录酶enRERV-RT的挖掘、工程改造及高效引导编辑技术开发，并成功应用于农业与医疗等不同场景
本研究首先对558个候选逆转录酶开展聚类分析，筛选并合成54个代表性逆转录酶进行活性检测，最终鉴定出19个具备编辑活性的新型逆转录酶，其中褐家鼠来源的RERV-RT活性最为突出。在此基础上，结合结构比对与深度突变扫描技术对RERV-RT开展多轮蛋白质工程改造，迭代优化后获得高性能突变体enRERV-RT。随后利用水稻原生质体与人源HEK293T细胞，在总计13个内源位点开展编辑验证。实验结果显示，基于enRERV-RT构建的引导编辑系统PE-enRERV编辑效率优异，相较经典体系PE-M-MLV（基于M-MLV-RT）整体效率提升1.20倍。
为系统解析不同逆转录酶的编辑特性，研究团队构建了包含475种pegRNA及对应靶序列、适配引导编辑的TRAP-seq-PE高通量评估体系。该方法可对不同位点、不同类型基因突变的编辑效果进行全方位、精准、可量化的系统性分析。依托该平台，研究发现PE-enRERV系统相较于经典PE-MMLV系统，在复杂编辑场景中优势更为显著。内源位点验证进一步表明，PE-enRERV对复杂突变的编辑效率提升达1.88倍，有效弥补了传统引导编辑在复杂突变类型上的能力短板，展现出更强的精准编辑优势。
为探究enRERV-RT介导的引导编辑系统在作物精准育种与基因精准治疗中的应用潜力，本研究借助农杆菌介导法开展水稻遗传转化。结果显示，水稻6个内源位点均获得精准编辑植株，且未检测到脱靶效应；其中性能最优的PE-enRERV系统在两个位点的编辑效率分别达75.0%和91.6%。本体系还成功实现三个水稻内源位点的多基因同步编辑，共编辑效率为46.7%，为作物多性状快速聚合育种提供了有效技术支撑。
此外，本研究证实该系统可高效编辑CAR-T功能相关靶基因，在优化细胞治疗策略、构建工程化免疫细胞方面具备良好应用前景。研究团队进一步在人U2OS细胞、HeLa细胞及人原代皮肤成纤维细胞等多种细胞系中开展验证，结果表明PE-enRERV的编辑效率显著优于传统PE-M-MLV系统。综上，该编辑工具通用性强，在体细胞精准修饰及临床基因治疗转化中拥有广阔前景。
综上，本研究构建的新型引导编辑系统可同时应用于动植物体系，兼具高编辑效率与复杂编辑能力。该技术既能服务于作物种质创新、多性状协同改良与新品种培育，赋能现代农业发展；也可精准修复致病突变，适配原代细胞编辑，推动遗传病治疗与精准医疗临床转化。整套技术应用前景广阔，目前相关技术已申请两项发明专利进行知识产权保护，相关核心质粒同步上架共享至西湖大学WeKwikGene及Addgene平台，供全球科研人员共享使用。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41576-026-00965-z
来源: 华南农业大学