微生物所科研团队揭秘CRISPR护卫RNA独特的进化之路

　　中国科学院微生物研究所向华/李明研究团队此前发现一类全新的可以护卫CRISPR-Cas的双RNA型毒素-抗毒素系统CreTA（Science, 2021），进一步研究发现CreTA起源于mini-CRISPR结构，但其重复序列repeat发生了高度退化（Nucleic Acids Res, 2021）。CreTA的repeat序列为何会发生这一退化，其进化驱动力是什么，科学家们尚不清楚。近日，李明团队和向华团队在Nucleic Acids Research上报道了关于此问题的最新研究进展。 

　　研究团队通过大量遗传学实验发现，CreA只能利用携带该CreTA元件的CRISPR-Cas系统抑制CreT毒素的转录表达并形成“细胞成瘾”回路，而无法利用近缘的CRISPR-Cas系统。如此一来，每个CRISPR-Cas基因簇都进化出了自己独有的护卫RNA，这可能促进了CRISPR-Cas系统的深度分化和多样化形成（图1A和B）。作者通过进化分析发现，虽然CreA两个repeat组分都发生了严重的序列保守性退化，但第一个repeat（ΨR1）的退化更为严重，而通过对该repeat组分进行改造，可以大大提高CreTA与近缘CRISPR-Cas系统的适配性。另外，退化的repeat序列有助于维持CreTA的稳定性，作者将其用于CRISPR基因编辑，显著提高了CRISPR工具的稳定性和编辑效率（图1C）。 

　　本研究阐述了CreTA通过“序列退化”实现“功能进化”的独特进化之路，揭示了其通过repeat退化提高自身稳定性，以及高度特异地保护其附近CRISPR-Cas基因簇的分子机制，并为CRISPR工具的创新升级提供了新元件和新思路。 

　　该研究于2022年8月26日在Nucleic Acids Research上在线发表，评委认为为人们理解CRISPR做出重要贡献（an important contribution to the field），对多重CRISPR技术的创新提供了重要的原理证明（an important proof of principle）。李明团队的博士后程飞跃、硕士生伍蔼慈和博士生刘超为该论文的并列第一作者，李明研究员和向华研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略先导研究计划、中国科学院青年创新促进会和博士后创新人才支持计划等项目的经费支持。