每个生物体中遗传信息的变异性是生态系统中广泛生物多样性的基础。除了简单的突变导致一个或多个碱基的改变外，在不同物种的进化过程中还可以反复观察到染色体结构的变化。特别是染色体片段方向的改变（例如倒位），与物种形成、适应和基因组进化有关。染色体倒位是在不同的植物分离株或品种之间反复发生的重排。这种倒位可能是进化中生殖隔离的基础，也是经典育种的一个主要障碍，因为在同源染色体上的倒位序列之间无法观察到交叉（crossovers，COs）。

近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院的Holger Puchta团队在Nature Communications上发表了题为“Changing local recombination patterns in Arabidopsis by CRISPR/Cas mediated chromosome engineering”的研究成果，描述了Col-0中hk4S倒位的逆转，并利用来自金黄色葡萄球菌的高效Cas9核酸酶在各自区域的品种之间恢复CO。

通过比较两个拟南芥生态型Columbia（Col-0）和Landsberg errecta（Ler-1）的基因组序列，可以检测到许多倒位。其中最著名的是hk4S倒位，大小为1.17Mb，导致着丝粒异染色质knob区域转移至4号染色体短臂的中间。而Ler-1中的4号染色体代表进化较早的构象，Col-0对应的4号染色体带有hk4S倒位。

首先，作者利用现有的序列信息识别了合适的原间隔序列，这些序列位于两个原始反转结附近。此外，为了避免周围基因的干扰，确保了所选的原间隔区位于基因间区域（根据其对着丝粒的定位，命名为近端原间隔区（p PS）和远端原间隔区（d PS））。所用的两个原间隔区都被放置在靠近原始hk4S d结的kb范围内。在卵细胞特异性EC1.1/EC1.2启动子的控制下，用Sa-Cas9克隆到pDe-Sa-Cas9载体中，最终转化为A.thaliana Col-0野生型植物。并通过对38个初级转化子代的筛选，作者获得了7个独立的Mb大小的倒位事件，总的频率约为0.5%，成功地实现了hk4S knob的倒转。……