2025年4月14日，bat365手机app下载陆钰明团队在植物科学领域知名期刊《Plant Communications》发表题为《Conditional knockdown of gene expression in plants via 3' UTR editing》的研究论文，成功开发了一种基于内源microRNA（miRNA）的基因条件性敲低平台MiRKD（miRNA-mediated in-locus knockdown）。该技术通过CRISPR-Cas9将特定miRNA靶序列精准插入目标基因的3'非翻译区（3' UTR），实现对基因表达的时空特异性调控，为作物分子育种和基因功能研究提供了全新工具。

基因功能的“开”与“关”是分子生物学研究的核心手段。目前，RNA干扰（RNAi）和CRISPR干扰（CRISPRi）是常用的基因抑制技术，但前者存在脱靶效应和遗传不稳定性，后者依赖外源蛋白的持续表达，难以满足作物育种对精准性和安全性的需求。研究团队另辟蹊径，将目光投向植物内源的miRNA调控网络。miRNA是一类天然存在的小分子RNA，其表达具有高度时空特异性，例如某些miRNA仅在叶片中高表达，或在长日照条件下被激活。陆玉明团队提出：若将miRNA的靶序列插入目标基因的3’ UTR，即可利用miRNA的天然表达特性，构建人工调控回路，实现基因的条件性敲低。

研究团队以水稻为模型，首先通过生物信息学筛选出114个具有组成性、组织特异性或环境响应性表达特征的miRNA。随后，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，将选定的miRNA靶序列精准插入目标基因的3’ UTR。以水稻赤霉素受体基因GID1为例，团队设计了三类实验验证MiRKD的可行性：组成型敲低：插入组成型表达的miR156a靶序列，使水稻赤霉素受体基因GID1表达降低97%，植株呈现显著矮化表型；组织特异性敲低：利用主要在茎中表达的miR396c，使GID1在茎部表达降低30%-50%，而叶片不受影响；环境诱导型敲低：在长日照条件下，光响应miR528可触发GID1表达下降63%，短日照下则无此效应。研究还发现，靶序列在3’ UTR中的插入位置可调节敲低效率。靠近终止密码子的插入（如5-20 bp）能实现94%以上的高效抑制，而远端插入（200-400 bp）的抑制率约为55%，这为基因表达强度的微调提供了新策略。

与现有技术相比，MiRKD具有三大核心优势：首先，该方法完全依赖内源性miRNA，无需引入外源蛋白或RNA，避免了转基因生物的安全争议；其次，通过编辑基因自身的3’ UTR，目标蛋白的天然结构得以完整保留，克服了蛋白降解标签技术导致的非天然修饰问题；最后，MiRKD可同时调控多个基因，通过组合不同miRNA的靶序列，未来有望构建复杂的基因表达网络，实现作物性状的模块化设计。研究团队进一步验证了MiRKD的跨物种普适性。在人类细胞系HepG2和HEK293T中，插入肝脏或肾脏特异性miRNA靶序列后，报告基因的表达在相应细胞中特异性下降，表明该技术有望拓展至医学领域，为细胞特异性基因治疗提供新工具。

bat365手机app下载博士后刘天珍和沈佳琪为论文并列第一作者，陆钰明教授为通讯作者。博士生钟达庭、博士生王轲麟、硕士生阎嘉蕊、博士后姚琦、博士生叶璐、博士后李凯、硕士生邓琪也参与了本项工作。该研究由国家重点研发计划（2021YFD1201300）、上海市农业技术攻关项目（K2023001）、中国博士后科学基金（2024M751985）等项目资助完成。

论文信息：

Liu T., Shen J., et al. (2025). Conditional knockdown of gene expression in plants via 3' UTR editing. Plant Communications 6, 101291.
DOI: 10.1016/j.xplc.2025.101291