《自然-生物技术》新文上线︱高雪/沈熠晖团队开发丝状真菌先导编辑平台，精准编辑 uORF 解锁沉默天然产物

研究背景  

       真菌是活性天然产物的重要宝库，但其基因组中大量生物合成基因簇（BGC）长期处于沉默状态，难以被激活和利用。同时，丝状真菌也是最难进行精准基因操作的真核体系之一。先导编辑（PE）无需DNA双链断裂或供体DNA即可实现多类型精准编辑，被视为继CRISPR/Cas9之后极具潜力的基因编辑技术。然而，此前PE主要应用于哺乳动物和植物，在丝状真菌中始终缺乏稳定可靠的编辑平台。

结果与展望

       本研究建立了适用于丝状真菌的先导编辑平台fPE7max。通过系统优化pegRNA稳定性、RNA表达效率以及真菌DNA错配修复等关键模块，fPE7max在多个基因位点实现平均接近90%的单碱基编辑效率，可完成各类碱基转换，并支持最长约1 kb的精准插入与约10 kb的精准删除，同时维持较低的indel率。该平台在曲霉属、青霉属、木霉属及毛壳菌属等多种丝状真菌中均表现出优异的编辑效率和跨物种适用性（图1a-h）。进一步，研究团队利用fPE7max精准编辑全局代谢调控因子laeA 5′非翻译区中的上游开放阅读框（uORF），在不改变编码序列和mRNA水平的前提下解除其翻译抑制，从而提升 LaeA 蛋白表达，实现更接近天然状态的精细调控。代谢组学分析显示，编辑菌株的代谢谱发生了广泛重塑，共分离得到18种显著上调的天然产物，其中8种为此前未报道的新化合物，相当一部分来源于长期沉默的BGC，部分新分子对多种癌细胞系表现出细胞毒活性（图1i-m）。

图1. fPE7max的开发及其在天然产物挖掘中的应用。a-h, 丝状真菌先导编辑平台fPE7max 的建立、优化及跨物种验证。i, uORF介导的翻译调控机制及通过靶向编辑uORF激活下游主要开放阅读框的示意图。j-m, 基于uORF编辑重塑真菌代谢网络，激活沉默天然产物生物合成基因簇，释放真菌隐藏的化学多样性。

      该研究建立了高效、精准且具跨物种适用性的丝状真菌先导编辑平台，填补了PE在该领域的技术空白。同时证明原位编辑内源uORF是一种普适且可复制的基因调控策略，为真菌代谢网络的精准调控、天然产物挖掘及工业菌株改造提供了新的技术范式。Nature Biotechnology同时也以Research Briefing的形式对这项工作进行了重点介绍。

作者简介   

       宾夕法尼亚大学高雪教授与沈熠晖教授为本文共同通讯作者，课题组博士后孙春晓、聂秋玥为共同第一作者。高雪课题组致力于基因编辑工具的开发与优化，并推动其在疾病治疗、精准诊断及新型小分子药物发现等领域的应用；沈熠晖课题组聚焦代谢成像、质谱组学与系统生物学，致力于解析癌症、免疫及微生物系统中代谢网络的动态重塑与调控机制。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology

DOI: 10.1038/s41587-026-03202-4

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Prime editing for precise genome engineering and modulation of fungal metabolism

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Unlocking the chemical potential of filamentous fungi using prime editing

《自然-生物技术》

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