Highly efficient CRISPR-mediated homologous recombination via 1 NHEJ deficiency rather than HDR factors overexpression in Populus 2 3 Ali Movahedi 1§* , Hui Wei 1§ , Zhong-Hua Chen 2 , Weibo Sun 1 , Jiaxin Zhang 3 , Dawei Li 1 , Liming 4 Yang 1* , and Qiang Zhuge 1* 5 6 1 College of Biology and the Environment,中国南部7号的可持续林业共同创新中心,森林遗传学与生物技术主要实验室,教育部,南京林业大学8号,南京210037,210037,9 2霍克斯伯里环境学院,霍克斯伯里环境学院,西悉尼悉尼大学,10佩里斯大学,新南威尔士州佩里斯2751,新南威尔士州2751,澳大利亚11 3 n and NANJ and nanj andial andical Instriciting andical Sciention and nan Junan Junlan andical Instriciting Synormitics Squartring Synormitics Squarnion,NAN NAN NAN NAN NAN SACEITIC 210046,中国13 14 15 *应将信件发送给Qiang Zhuge,Ali Movahedi和Liming Yang:生物学与环境学院16,南部17中国可持续林业中心共同创新中心,中国森林遗传学与生物技术的主要实验室,教育部,Nanjing 18 Forestry University,Nanjing 18 Forestry University,Nanjing University,Nanjing University,Nanjing 210037。电子邮件:qzhuge@njfu.edu.cn; 19 ali_movahedi@njfu.edu.cn; yangliming@njfu.edu.cn;传真:+86 25 85428701 20 21§这些作者同样作为第一作者22 23 22 23 24跑步标题:高效通过XRCC4 Poplar中的XRCC4缺乏效率25 26 26 27 27 27 27 28 29 28 29 30 31 32 33 33 34 35 33 35 36 37 37 38 39 39 38 39 38 39 39 38 39 38 39 38 39 38 39电子邮件:qzhuge@njfu.edu.cn; 19 ali_movahedi@njfu.edu.cn; yangliming@njfu.edu.cn;传真:+86 25 85428701 20 21§这些作者同样作为第一作者22 23 22 23 24跑步标题:高效通过XRCC4 Poplar中的XRCC4缺乏效率25 26 26 27 27 27 27 28 29 28 29 30 31 32 33 33 34 35 33 35 36 37 37 38 39 39 38 39 38 39 39 38 39 38 39 38 39 38 39
1中国科学院生命科学学院,中国北京101408; zhaoxiaoy@genomics.cn 2拉尔斯·博伦德(Lars Bolund)再生医学研究所,金丁欧(Europe)高级生命科学研究所,bgi-qingdao,bgi-shenzhen,qingdao 2666555,中国; qukunli@genomics.cn(K.Q. ); yanghm@genomics.cn(H.Y. ); bolund@biomed.au.dk(L.B.) 3 Aarhus大学生物医学系,丹麦8000 Aarhus; benedetta.curci@outlook.it(B.C. ); lin.lin@biomed.au.dk(L.L.) 4 Department of Biology, Copenhagen University, 2200 Copenhagen, Denmark 5 HIM-BGI Center, Hangzhou Institute of Medicine (HIM), Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310022, China 6 Steno Diabetes Center Aarhus, Aarhus University Hospital, 8200 Aarhus, Denmark * Correspondence: alun@biomed.au.dk;电话。 : +45-224119441中国科学院生命科学学院,中国北京101408; zhaoxiaoy@genomics.cn 2拉尔斯·博伦德(Lars Bolund)再生医学研究所,金丁欧(Europe)高级生命科学研究所,bgi-qingdao,bgi-shenzhen,qingdao 2666555,中国; qukunli@genomics.cn(K.Q.); yanghm@genomics.cn(H.Y.); bolund@biomed.au.dk(L.B.)3 Aarhus大学生物医学系,丹麦8000 Aarhus; benedetta.curci@outlook.it(B.C. ); lin.lin@biomed.au.dk(L.L.) 4 Department of Biology, Copenhagen University, 2200 Copenhagen, Denmark 5 HIM-BGI Center, Hangzhou Institute of Medicine (HIM), Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310022, China 6 Steno Diabetes Center Aarhus, Aarhus University Hospital, 8200 Aarhus, Denmark * Correspondence: alun@biomed.au.dk;电话。 : +45-224119443 Aarhus大学生物医学系,丹麦8000 Aarhus; benedetta.curci@outlook.it(B.C.); lin.lin@biomed.au.dk(L.L.)4 Department of Biology, Copenhagen University, 2200 Copenhagen, Denmark 5 HIM-BGI Center, Hangzhou Institute of Medicine (HIM), Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310022, China 6 Steno Diabetes Center Aarhus, Aarhus University Hospital, 8200 Aarhus, Denmark * Correspondence: alun@biomed.au.dk;电话。: +45-22411944
注:同源臂位于敲入位点上游和下游约 500–1,000 bp 处。图 1 C 为 SIN3A 示例的供体载体示意图。为选取基因组区域作为同源臂,我们使用 Primer-BLAST ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/ ) 设计了两对引物,分别位于 SIN3A 终止密码子上游 500–1,000 bp 处和下游 500–1,000 bp 处。也可以使用其他程序设计引物。正向和反向引物之间的区域用作同源臂。我们选择 SIN3A 终止密码子上游 501 bp 序列作为左同源臂(图 2 A 和 2B 中的 SIN3A 左),并选择 SIN3A 终止密码子下游 612 bp 序列作为右同源臂(图 2 A 和 2B 中的 SIN3A 右)。
Xenopus laevis 青蛙是一种强大的发育模型,可用于将经典胚胎学与分子操作相结合的研究。由于胚胎尺寸大、易于显微注射以及能够通过已建立的命运图谱靶向组织,X. laevis 已成为主要的两栖动物研究模型。鉴于它们的异源四倍体基因组使基因敲除的产生变得复杂,需要制定策略来有效地诱变多个同源基因以评估基因功能。在这里,我们描述了一种利用 CRISPR-Cas9 介导的基因组编辑来靶向 F 0 X. laevis 胚胎中的单个等位基因或多个等位基因的方案。单个向导 (sg) RNA 旨在靶向编码关键蛋白质结构域的特定 DNA 序列。为了诱变具有两个等位基因的基因,sgRNA 是针对两个同源基因共有的序列设计的。该 sgRNA 与 Cas9 蛋白一起被微注射到受精卵中,以破坏整个胚胎中的基因组序列或进入特定的胚泡,以产生组织靶向效应。CRISPR/Cas9 产生的 DNA 双链断裂的易错修复会导致插入和缺失,从而在胚胎内产生嵌合基因病变。对从每个嵌合 F 0 胚胎中分离的基因组 DNA 进行测序,并使用软件评估产生的突变的性质和嵌合程度。该方案能够敲除整个胚胎或 F 0 X. laevis 胚胎中特定组织中的基因,以便于评估产生的表型。
异质性是细胞中多个线粒体DNA(mtDNA)序列的共存,在植物中有充分的文献证明。下一代测序技术(NGS)使得整个基因组对整个基因组进行了可行。因此,NGS具有检测异质的潜力。但是,异质检测中的方法和陷阱尚未得到充分投资和确定。异质检测的一个障碍是线粒体,塑料和核DNA之间的序列同源性,其中核DNA片段与mtDNA同源(NOMT)的影响需要最小化。为了检测异质,我们首先排除了从糖甜菜mtDNA序列中排除甜菜甜菜(Beta fulgaris)系EL10的核DNA序列。ngs读数是从甜菜线NK-195BRMM-O和NK-291BRMM-O的单个植物中获得的,并映射到未分解的mtDNA区域。通过基因组浏览分析检测到的1000多个位点表现出个体内部多态性。我们专注于一个309 bp的区域,其中12个个体内多形态位点彼此紧密相关。尽管通过NK-195BRMM-O和NK-291BRMM-O的PCR扩增在12个位点存在变异等位基因的DNA分子的存在,但这些变体并不总是由六个变体呼叫程序调用,这表明这些程序不适合内部个体个人个性化的多种形式检测。当我们更改核DNA参考时,发现EL10缺乏的数字包括309 bp区域。NK-195BRMM-O X NK-291BRMM-O的F 2种群的遗传分离支持了变体等位基因的NOMT起源。使用四个参考文献,我们发现NUMT检测表现出参考依赖性,而甜菜线中存在NOMT的极端多态性。EL10中没有发现的numts之一与NK-195mm-O中的另一个个体内多态位点有关。我们的数据表明,在甜菜中,糖的多态性意外高,导致对杂质的真实程度的混乱。
抽象的神经元细胞命运决定因素通过控制基因表达来调节神经元形态和突触连通性来确定神经元的身份。然而,尚不清楚神经元细胞命运决定因素是否具有突触模式形成的有丝分裂功能。在这里,我们在秀丽隐杆线虫的胆碱能运动神经元的瓷砖突触模式中确定了UNC-4同源蛋白及其Corepressor UNC-37/ Groucho的新作用。我们表明,在神经发生过程中不需要UNC-4,而是在有丝分裂后神经元中需要进行适当的突触模式。相比之下,在发育后和有丝分裂后神经元中都需要UNC-37。BAR-1/ B-蛋白突变抑制了UNC-4突变体的突触平铺缺陷,这对CEH-12/ HB9的表达进行了积极调节。异位CEH-12表达部分是UNC-4和UNC-37突变体的突触缺陷的基础。我们的结果揭示了神经元细胞命运决定因素在突触模式形成中通过抑制规范Wnt信号通路的新颖新颖的作用。
图1:对称PRDM9结合如何促进染色体配对的模型。在特定靶基序的结合DNA时,PRDM9(橙色椭圆形)将DNA段接近染色体轴。PRDM9绑定的某些站点可能会经历DSB(红色星星)。DSB的切除会生成一个单链端,该端将搜索一个补充序列,以用作修复模板。在对称绑定prDM9的情况下(即在两个同源物上,左侧的情况),假设同源搜索仅限于轴区域,则更直接访问了同源物的两个姐妹染色单体所提供的模板,从而促进同源性搜索并与同源物配对。然后可以将断裂作为CO或NCO事件修复,在这两种情况下,都可以在破裂的位点实现基因转换。在不对称的PRDM9结合(右侧显示的情况)的情况下,同源物不太直接访问,从而阻止了有效的同源物参与。一旦同源物已突触(这要归功于其他DSB,都在同一对染色体上的其他地方的其他位置上出现的其他DSB,稍后将进行损坏的位点。 在与DSB相对应的位置上具有不活动的结合位点的情况下,NCO将有效地实现偏见的基因转换,而有利于无效版本。稍后将进行损坏的位点。在与DSB相对应的位置上具有不活动的结合位点的情况下,NCO将有效地实现偏见的基因转换,而有利于无效版本。
图2在situs solitus(a),situs inversus(b),右同源主义(c)和左同源主义(d)中,房屋,胸腔和腹部器官的对应关系。
•染色质网络凝结,螺纹变短,更厚,可见为染色体。•同源染色体成对排列,以使每对的两个染色体并排躺在交叉过程中形成二价。•每个同源染色体都可以看到,因为两种染色单体由丝粒连接。单个染色体的这些相同的染色单体称为姐妹染色质被。•交叉发生在同源染色体之间。同源染色体并排躺在。他们的非姐姐染色质酸重叠并在称为chiasmata(单数:chiasma)的点上触摸。染色单体片段分解并在chiasmata上交换。以这种方式,遗传物质在同源染色体之间交换以形成重组染色质被。•跨越跨性别物质和父亲染色体之间的遗传物质通过改组或重组来引入遗传变异。•核仁和核膜消失。•在动物细胞中,中心体分裂和成对的中心元素移至细胞的相对极。•纺锤体纤维之间会在中心纤维之间形成纺锤体。
方法和结果:使用 DNA DSB 修复分析,我们评估了特定修复途径的效率,发现 PR、GR 和 GA 降低了非同源末端连接 (NHEJ)、单链退火 (SSA) 和微同源介导的末端连接 (MMEJ) 的效率,但不降低同源重组 (HR)。我们发现 PR 部分通过与核仁蛋白核磷蛋白 (NPM1) 结合来抑制 DNA DSB 修复。NPM1 的消耗会抑制 NHEJ 和 SSA,这表明 PR 表达细胞中 NPM1 的功能丧失会导致非同源和同源定向 DNA DSB 修复途径受阻。通过删除 NPM1 亚细胞定位信号,我们发现 PR 会结合 NPM1,无论 NPM1 指向哪个细胞区室。删除已知可与其他富含精氨酸的蛋白质结合的 NPM1 酸性环基序可消除 PR 和 NPM1 结合。使用共聚焦和超分辨率免疫荧光显微镜,我们发现 RAD52(SSA 修复机制的一个组成部分)的水平相对于使用 CRISPR/Cas9 基因组编辑删除了 C9ORF72 扩增的同源对照显著增加 iPSC 神经元。对死后脑组织的 Western 分析证实,与对照相比,C9ALS/FTD 样本中的 RAD52 免疫反应性显著增加。