NBT | 利用先导编辑精准扰动uORF翻译，解锁丝状真菌的化学宝库

丝状真菌在自然生态系统中扮演着至关重要的角色，不仅驱动营养循环，还维持着植物与微生物的共生关系。这些真菌在工业、农业和生物医学领域具有广泛的应用价值，其基因组蕴含着巨大的生物合成潜力。

然而，丝状真菌目前仍是遗传操作最困难的真核生物系统之一，其同源重组效率极低。传统的CRISPR-Cas9系统在真菌中往往依赖于易出错的修复机制，常导致不可控的插入或缺失。

现有的碱基编辑技术虽然规避了双链断裂，但编辑范围受限，且无法实现精准的跨变、插入或缺失。因此，开发一种高效且精准的基因组编辑工具，对于挖掘丝状真菌的代谢潜能和深入研究其生物学特性具有迫切的科学意义。

2026年6月30日，宾夕法尼亚大学高雪和沈熠晖团队在Nature Biotechnology上发表了题为“Prime editing for precise genome engineering and modulation of fungal metabolism”的研究论文。该研究开发了一个专为丝状真菌优化的先导编辑平台fPE7max，该平台能够高效、精准地实现包括碱基替换、小片段插入/删除乃至大片段删除在内的多种基因组编辑。

文章索引

【标题】Prime editing for precise genome engineering and modulation of fungal metabolism

【发表期刊】Nature Biotechnology

【发表日期】2026年6月30日

【作者及团队】宾夕法尼亚大学高雪和沈熠晖团队

【IF】41.7

研究结果

一、在构巢曲霉中优化并建立高效的先导编辑系统

研究人员首先在模式真菌构巢曲霉中测试了一系列先导编辑（PE）变体，发现PEmax效率最高。

通过对编辑器和pegRNA表达启动子的系统性优化，最终将点突变的编辑效率提升至82%，证明了先导编辑在丝状真菌中的可行性并确定了高效表达元件。

二、开发真菌特异性编辑器fPE7max以实现大片段基因组修饰

针对PEmax在大片段插入和删除方面的低效率，研究团队将错配修复抑制蛋白（MLH1dn）与一种真菌来源的La样蛋白（fLa）整合，构建了名为fPE7max的新型编辑器。

该编辑器显著提升了大片段编辑能力，能够高效实现高达10kb的删除和1kb的插入，其关键在于fLa蛋白能稳定长链pegRNA，从而克服了大片段编辑的瓶颈。

三、系统性评估证明fPE7max具有高效、精准和广泛的物种适用性

研究团队在构巢曲霉的多个基因位点上对fPE7max进行了全面测试，结果表明其对各类编辑（替换、插入、删除）的平均效率均接近90%，且脱靶率极低。

此外，该系统在青霉、曲霉、木霉和毛壳菌等多个亲缘关系较远的丝状真菌物种中均表现出强大的编辑活性，证实了其作为通用工具的巨大潜力。

四、通过编辑uORF调控LaeA，实现对真菌代谢网络的广泛重塑

研究人员应用fPE7max，精准删除了多种曲霉和木霉菌中多效性调控因子laeA基因5’ UTR的uORF区域。

此举解除了uORF对下游主蛋白翻译的抑制，提升了LaeA蛋白的表达水平，进而导致菌株的整体代谢谱发生剧烈变化，激活了许多在野生型中处于低表达或沉默状态的代谢通路。

五、uORF编辑策略成功挖掘出多种新型活性次级代谢产物

通过对laeA uORF工程菌株进行代谢物组学分析和分离鉴定，研究人员共发现了18种产量显著提升的化合物，其中包括8种前所未见的天然产物。

后续的生物活性测试表明，其中3种新化合物对人类癌细胞系显示出细胞毒性，证明uORF编辑不仅是一种有效的代谢调控手段，也是挖掘新型药物先导分子的强大策略。

总结

本研究成功构建了一个高效、通用的丝状真菌先导编辑平台fPE7max，极大地拓展了真菌基因组工程的能力范围。通过将这一先进工具与创新的uORF编辑策略相结合，研究不仅为系统性探索真菌生物学提供了新范式，也为从真菌这一巨大宝库中发现新药和生物活性分子开辟了高效途径。