日本廣島大學基因組編輯創新中心的諸井桂之研究員、山本卓教授以及栗田朋和特任副教授發表研究成果稱，為推進有望用於生物柴油等燃料生產的微細藻類「Nannochloropsis」的基因編輯研究，開發出了一種可脫落的鹼基編輯載體（DNA載體）。該載體搭載「鹼基編輯系統」，可在不引入DSBs（DNA雙鏈斷裂）的情況下實現基因改造。研究團隊成功確立了構建不含外源基因的基因組編輯株的方法，相關研究成果已發表在《Scientific Reports》的2025年11月27日刊上。
圖1 研究成果概要圖（供圖：廣島大學）
許多微細藻類能夠在細胞內大量積累油脂和其他有用物質，所以被期待能用於生物柴油生產。但面臨的最大問題是生產成本偏高。為了使其積累更多的油脂等物質，相關分子育種工作一直在推進。在此類分子育種中，通常先導入DNA雙鏈斷裂（DSBs），再借助藻類細胞自身的DSB修復機制導入突變。
基於DSBs的基因組編輯工具會結合特定位點並導入DSBs來實現靶向基因編輯，但在這一過程中，偶爾會發生包括靶向位點之外的基因在內的大規模基因缺失，或染色體間置換等有害反應。
此外，因基因轉殖生物（GMOs）需遵守基於《卡塔赫納生物安全議定書》的生物學封存管理規定，所以不含外源基因的鹼基編輯系統被視為藻類生物柴油走向實用化必不可少的基礎技術。
為此，研究團隊以Nannochloropsis為對象，構建了一種在含有CEN/ARS的可脫落載體上搭載鹼基編輯表達盒，並在完成鹼基置換後能夠脫落的載體。而CEN/ARS是與出芽酵母染色體穩定性相關的序列。
藉助這一鹼基編輯載體，研究團隊在Nannochloropsis的5個內源基因的6個靶位點上成功引入了鹼基置換。鹼基置換效率達到29.2%～47.6%，並在完成鹼基置換後成功實現了載體脫落。
採用這種不殘留外源基因的基因組編輯方法，有望培育出可進行戶外培養且油脂積累效率較高的「高功能藻類」。
栗田特任副教授表示：「本研究開發的系統能夠抑制諸如大規模基因缺失或染色體間重組等不利反應。此外，該系統還能去除選擇標記，因此可以反復進行編輯，在需要改造多個基因時這一優勢將尤其明顯。藻類的應用需要具備提高抗逆性和有用物質產量等多種功能，因此，該技術有望成為今後藻類分子育種中不可缺少的基礎技術。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Scientific Reports
論文：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
