6月26日，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。
学校博士后马琳莎、硕士毕业生姚鹏程、硕士研究生吴圣棨、广州医科大学博士后史远远、学校客座学生秦朗、科研助理李百涛为论文共同第一作者，学校林秋鹏教授、广州医科大学黄佳颖教授、学校祝钦泷研究员为论文共同通讯作者。学校谢先荣副研究员、浙江大学潘长田研究员、复旦大学璩良研究员、南昌师范学院匡全教授、华南师范大学黄瑞华副研究员等为该研究提供了重要指导和实验支持。该研究得到了国家重点研发计划、国家科技创新2030重大项目、江西省自然科学基金、广东省种业振兴专项项目、国家自然科学基金等的支持。
此外，林秋鹏教授团队近期也应邀在Nature Reviews Genetics（中科院一区Top期刊，影响因子51.4）发表了题为“Prime editing: redefining precision genome editing”的Journal Club论文，回顾并分析了引导编辑技术的开发历程、作用原理、系统迭代、现存局限与优化方向。
相关论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.75888
https://www.nature.com/articles/s41576-026-00965-z
文图/农学院
