（来源：小麦研究联盟）
DOI: 10.1016/j.xplc.2026.102154
2026年10月13日，中国农业大学农学院小麦研究中心在Plant Communications在线发表了题为“WheatTarget: A subgenome-specific webserver for designing CRISPR-based genome editing systems in wheat”的研究论文。该研究针对小麦复杂基因组背景下亚基因组特异性靶点设计困难、脱靶风险高以及多种编辑策略缺乏整合设计平台等问题，开发了小麦综合基因编辑设计网站WheatTarget，涵盖从单碱基编辑到大片段DNA编辑、从单基因到多基因编辑的多种CRISPR设计需求。网站网址：https://wheat.cau.edu.cn/WheatTarget。
研究背景
普通小麦（Triticum aestivum L.）提供了全球人类摄入总热量的约20%，其异源六倍体基因组（A、B、D亚基因组）大小约17 Gb，且存在功能冗余或分化的同源基因。基于CRISPR/Cas的基因编辑系统可实现基因敲除、碱基编辑、引导编辑、大片段DNA编辑及多基因编辑，为小麦育种提供了强大工具。然而，小麦多倍体特性和复杂基因组使靶点设计更具挑战：亚基因组序列高度相似，需针对不同场景选择亚基因组特异性编辑或同时编辑多个亚基因组拷贝，且脱靶评估复杂。现有工具如WheatCRISPR和RGEN仅支持基因敲除或小范围的编辑，且缺乏亚基因组特异性设计，难以满足上述多样化策略的需求，从而阻碍了多样化的CRISPR策略在小麦中的广泛应用。因此，亟需一个集成多种编辑模式、支持灵活靶向和全面脱靶评估的综合设计平台，以辅助小麦复杂基因组中的编辑策略选择与靶点设计。
研究内容
WheatTarget整合了基因敲除、碱基编辑、引导编辑、大片段编辑和多基因编辑五大功能模块（图1）。针对小麦具有三个亚基因组的特点，WheatTarget支持选择性靶向一个、两个或全部三个亚基因组，以满足不同编辑需求。在基因敲除设计方面，WheatTarget支持32种PAM类型，提供基于17个小麦基因组的脱靶预测，并结合靶向活性评分和脱靶预测结果筛选候选gRNA，同时提供引物设计功能。碱基编辑模块支持六种碱基编辑系统，包括单碱基编辑器CBE（C-to-T）、ABE（A-to-G）、CGBE（C-to-G）、AYBE（A-to-Y）、AKBE（A-to-K）以及双碱基编辑器DualBE，每种系统下均提供“定点编辑”和“饱和突变”两种设计模式，前者根据用户指定的目标碱基替换，筛选编辑窗口内包含目标位点的候选gRNA；后者则对目标序列进行系统检索，汇总候选gRNA可能产生的碱基及氨基酸变化，为构建碱基编辑突变文库提供设计支持。引导编辑模块整合PBS、RTT、编辑位置、靶向活性评分及脱靶预测等信息，为针对不同亚基因组组合的候选pegRNA筛选提供参考。大片段编辑模块基于DualPE设计策略，支持大片段删除、替换和倒位的成对pegRNA设计，并进一步拓展至基于引导编辑结合重组酶的大片段插入设计。多基因编辑模块则支持同时为多个目标基因设计基因敲除、碱基编辑和引导编辑方案，并可以分别指定各基因的亚基因组靶向模式。此外，WheatTarget还进一步拓展了棉花、油菜、甘薯、土豆在内的多倍体作物基因编辑方案设计。
图1. WheatTarget 网站功能概览为评估WheatTarget的设计效果，研究团队首先以已发表且经实验验证的小麦编辑靶点为基准，将WheatTarget与现有CRISPR设计网站进行对比分析。结果显示，WheatTarget在基因敲除和碱基编辑中均显著减少了候选gRNA数量，在引导编辑中对有效pegRNA的排序也优于对比网站。随后，进一步在小麦原生质体中对WheatTarget设计的靶点进行实验验证。在基因敲除方面，WheatTarget设计的gRNA在同时靶向三个亚基因组时编辑效率与对比网站相当，并能支持多数网站难以直接实现的单、双亚基因组靶向设计，实现有效编辑；在碱基编辑方面，WheatTarget设计的gRNA在多个测试位点均实现有效编辑，最高效率达到45.2%，而对比网站仅能支持其中极少数位点的设计；在引导编辑方面，WheatTarget设计的pegRNA可实现有效编辑，最高编辑效率达到29.4%，尤其在单个、两个亚基因组编辑中能够避免对非目标亚基因组的编辑。
研究结论
综上，本研究针对六倍体小麦复杂基因组背景下的基因编辑设计需求，建立了整合亚基因组特异性靶向与多种编辑策略的WheatTarget网站。通过与现有设计工具的比较及小麦原生质体实验验证，研究展示了WheatTarget在不同亚基因组组合靶向设计中的应用能力，尤其为单个或两个亚基因组的选择性编辑提供了有效的设计方案。该网站有望为小麦同源基因功能解析和精准遗传改良提供更加灵活的基因编辑设计方案。
科研团队
中国农业大学小麦研究中心宗媛教授为该论文的通讯作者。博士生刘泽华、硕士生杨妮为该论文的共同第一作者。博士生崔英杰，博士后王文熙共同参与了研究工作。中国农业大学小麦研究中心的孙其信院士、倪中福教授、郭伟龙教授对该工作给予了重要的指导和帮助。该研究工作得到了农业农村部项目、国家重点研发计划、何享健青年科学家等项目的支持。
孙其信院士作为学术带头人的中国农业大学小麦研究中心长期围绕小麦产量性状形成、多倍体小麦广适性的遗传基础和分子机制、小麦品质性状遗传调控等一系列重要科学问题开展系统深入的研究。该团队获得国家科技进步二等奖1项，国家技术发明二等奖1项，教育部高校科研优秀成果技术发明奖一等奖1项，中华农业科技奖优秀创新团队奖1项；近5年在Nature、Nature Plants、Molecular Plant、Nature Communications、The Plant Cell等国际期刊发表高水平研究论文50余篇。
