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CRISPR/Cas9介导的芹菜八氢番茄红素去饱和酶的精准靶向诱变
亲爱的编辑部 芹菜 ( Apium graveolens L.) 是伞形科的一种具有重要经济价值的叶菜作物，在世界各地广泛种植 [1]。生产上需要通过传统或现代分子遗传改良手段对芹菜进行品质、抗病虫害和晚抽薹等改良。常规育种遗传改良受限于育种周期长、随机性，因此基因工程育种的必要性凸显。精准的基因组编辑技术有可能突破常规育种的局限性。另外，芹菜功能基因组学的研究也对基因组编辑技术的发展提出了更高的要求。相对于其他主要作物，遗传转化体系不成熟和基因编辑技术不够发达已成为芹菜基础研究和遗传改良的瓶颈。 CRISPR/Cas9 系统是一种 RNA 引导的基因组编辑工具，由 Cas9 核酸酶和单向导 RNA（sgRNA）组成，可实现高效的靶向修饰[2,3]。由于其高效性和准确性，CRISPR/Cas9 诱导的基因组编辑已广泛应用于多种植物物种，以改善植物抗性和产量，并研究基因在控制农艺性状中的作用[2-4]。本文首次报道成功建立基于 CRISPR/Cas9 的基因组编辑系统，并通过在芹菜品种‘晋南诗芹’中靶向敲除八氢番茄红素去饱和酶基因（AgPDS）来验证该系统的有效性。 PDS 是类胡萝卜素生物合成中的一种限速酶，它催化无色八氢番茄红素转化为ζ-胡萝卜素，ζ-胡萝卜素进一步转化为番茄红素。它通常用作视觉标记来检测
大豆中 CRISPR/Cas9 介导诱变产生的 Kunitz 胰蛋白酶抑制剂突变体等位基因的分子标记开发
（未经同行评审认证）是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者此版本于 2022 年 8 月 23 日发布。；https://doi.org/10.1101/2022.08.22.504807 doi：bioRxiv preprint
细菌间 DNA 脱氨酶毒素直接诱变幸存的目标种群
摘要 当细菌细胞接触时，通常会通过毒素传递介导拮抗作用。此类接触对受体细胞产生长期有益影响的可能性尚未得到研究。在这里，我们研究了 DddA 中毒的影响，DddA 是一种胞嘧啶脱氨酶，通过伯克霍尔德菌的 VI 型分泌系统 (T6SS) 传递。尽管 DddA 具有杀灭潜力，但我们观察到几种细菌对 DddA 有抵抗力，反而会积累突变。这些突变可导致获得抗生素耐药性，这表明即使在没有杀灭的情况下，细菌间拮抗作用也会对目标群体产生深远影响。对脱氨酶超家族中其他毒素的研究表明，诱变活性是这些蛋白质的共同特征，包括我们展示的代表性毒素，它以单链 DNA 为目标，并显示出明显不同的结构。我们的研究结果表明，细菌间拮抗相互作用的一个令人惊讶的结果可能是通过直接诱变毒素的作用促进适应。
N-甲基-N-亚硝脲诱变受精卵细胞引起的水稻突变体文库成员的全基因组测序
摘要 尽管靶向基因组编辑技术已成为加速功能基因组学的有力反向遗传方法，但由化学诱变剂诱导的传统突变体文库对于植物研究仍然很有价值。含有化学诱导突变的植物是简单而有效的遗传工具，可以在不考虑生物安全问题的情况下种植。突变体个体的全基因组测序减少了突变体筛选所需的工作量，从而提高了它们的实用性。在本研究中，我们对由用 N-甲基-N-亚硝脲 (MNU) 处理单个受精卵细胞而获得的 Oryza sativa cv. Nipponbare 突变体文库成员进行了测序。通过对该突变体文库中的 266 株 M 1 植物进行全基因组测序，我们总共鉴定出 66 万个诱导点突变。这个结果代表了 373 Mb 组装水稻基因组中每 146 kb 基因组序列中有一个突变。这些点突变均匀分布于整个水稻基因组中，超过 70,000 个点突变位于编码序列内。尽管该突变体文库规模较小，但近 61% 的所有注释水稻基因中均发现了非同义突变，8.6%（3248 个基因）的点突变对基因功能有较大影响，例如获得终止密码子或丢失起始密码子。WGS 表明使用水稻受精卵细胞的 MNU 诱变可有效诱导突变，适用于构建用于计算机突变体筛选系统的突变体文库。扩展该突变体文库及其数据库将提供一种有用的计算机筛选工具，以促进功能基因组学研究，特别是针对水稻。关键词：水稻突变体文库、N-甲基-N-亚硝脲 (MNU)、单核苷酸变体 (SNV)、NGS、计算机 TILLING、水稻、全基因组测序、遗传资源
关于通过定点诱变或顺式基因编辑技术产生的生物的规定 AC 3393
如该拟议法律所附的解释性报告所述，该法案旨在更新分别自 2001 年（2001 年 3 月 12 日欧洲议会和理事会第 2001/18/EC 号指令）和 2003 年（2003 年 7 月 8 日第 224 号立法法令）起实施的有关转基因生物 (GMO) 的现行立法。事实上，科学已经开发出克服转基因机制的技术，转基因是通过在生物体的 DNA 中引入不同于生物体本身的 DNA 序列来创造生物体。本提案法所指的新基因组技术（NGT）是通过定点诱变进行的基因组编辑技术，也称为定点或靶向诱变（以下称为基因组编辑）和顺式基因编辑。第一种可以在不引入新遗传物质的情况下精确修改 DNA，欧洲食品安全局 (EFSA) 将其定义为位点特异性核酸酶 1 型 (SDN-1) 和位点特异性核酸酶 2 型 (SDN-2)。基因组编辑使用核酸酶类蛋白质（可切割 DNA 的酶）和短 RNA 序列，可引导核酸酶到达基因组中的特定目标点，可能导致基因失活或将自然界中已经存在的修饰引入其序列中。在这两种情况下，获得的突变相当于可以自发发生的突变。农作物物种内的正常生物多样性就是由于这种突变而产生的。最著名的基因组编辑技术被称为“CRISPR/Cas9”，因为它使用了 Cas9 蛋白，由两位研究人员——法国女性 Emmanuelle Charpentier 和美国人 Jennifer Doudna 于 2012 年开发，这一发现为她们赢得了 2020 年诺贝尔化学奖。CRISPR/Cas9 基因组编辑技术被称为“开启生命科学新时代的基因剪刀”。事实上，通过基因组编辑，可以将在其他品种、野生个体或相关物种中发现的任何有利突变引入栽培品种中，而无需引入新基因，最重要的是避免“传统”的漫长的杂交和回交实践：引入的唯一突变就是期望获得的突变。同源性是指从同一物种或者性相容的相关物种的供体生物中插入遗传物质，例如基因。遗传物质未经修改就被插入。即使同一基因拷贝数的变化，经过轻微的修改，也是每个物种中存在的正常生物多样性的一部分。通过杂交和选择可以实现相同的过程，但时间更长且精度更低。
硝酸盐还原菌 Rhodanobacter denitrificans 中无标记缺失诱变系统的开发
摘要 在美国田纳西州橡树岭，Rhodanobacter 是受高浓度硝酸盐和铀污染的蓄水层中的优势菌属。原位刺激反硝化已被提出作为修复硝酸盐和铀污染的潜在方法。在 Rhodanobacter 种中，据报道 Rhodanobacter denitri filcans 菌株具有反硝化能力并含有丰富的金属抗性基因。然而，由于这些菌株缺乏诱变系统，我们对低 pH 抗性和在污染环境中占主导地位的能力的潜在机制的理解仍然有限。在这里，我们在两株 R. denitri filcans 菌株中开发了一种无标记缺失系统。首先，我们优化了 10 株 Rhodanobacter 菌株的生长条件，测试了抗生素抗性，并确定了合适的转化参数。然后，我们在 R. denitri filans 菌株 FW104-R3 和 FW104-R5 中删除了编码尿嘧啶磷酸核糖基转移酶的 upp 基因。所得菌株被命名为 R3_ D upp 和 R5_ D upp，并用作宿主菌株，以 5-氟尿嘧啶 (5- FU) 抗性作为反选择标记进行诱变，以产生无标记缺失突变体。为了测试开发的方案，在 R3_ D upp 和 R5_ D upp 宿主菌株中敲除了编码硝酸盐还原酶的 narG 基因。正如预期的那样，narG 突变体无法在以硝酸盐为电子受体的缺氧培养基中生长。总体而言，这些结果表明，同框无标记删除系统在两种 R. denitri ficans 菌株中有效，这将有助于未来对这些菌株进行功能基因组研究，进一步了解 Rhodanobacter 种中存在的代谢和抗性机制。
硝酸盐还原菌 Rhodanobacter denitrificans 中无标记缺失诱变系统的开发
摘要 在美国田纳西州橡树岭，Rhodanobacter 是受高浓度硝酸盐和铀污染的蓄水层中的优势菌属。原位刺激反硝化已被提出作为修复硝酸盐和铀污染的潜在方法。在 Rhodanobacter 种中，据报道 Rhodanobacter denitri filcans 菌株具有反硝化能力并含有丰富的金属抗性基因。然而，由于这些菌株缺乏诱变系统，我们对低 pH 抗性和在污染环境中占主导地位的能力的潜在机制的理解仍然有限。在这里，我们在两株 R. denitri filcans 菌株中开发了一种无标记缺失系统。首先，我们优化了 10 株 Rhodanobacter 菌株的生长条件，测试了抗生素抗性，并确定了合适的转化参数。然后，我们在 R. denitri filans 菌株 FW104-R3 和 FW104-R5 中删除了编码尿嘧啶磷酸核糖基转移酶的 upp 基因。所得菌株被命名为 R3_ D upp 和 R5_ D upp，并用作宿主菌株，以 5-氟尿嘧啶 (5- FU) 抗性作为反选择标记进行诱变，以产生无标记缺失突变体。为了测试开发的方案，在 R3_ D upp 和 R5_ D upp 宿主菌株中敲除了编码硝酸盐还原酶的 narG 基因。正如预期的那样，narG 突变体无法在以硝酸盐为电子受体的缺氧培养基中生长。总体而言，这些结果表明，同框无标记删除系统在两种 R. denitri ficans 菌株中有效，这将有助于未来对这些菌株进行功能基因组研究，进一步了解 Rhodanobacter 种中存在的代谢和抗性机制。
CRISPR/Cas9 介导的芝麻 (Sesamum indicum L.) 高效靶向诱变
成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 系统已广泛应用于多种物种的靶向基因组修饰。它是一种强大的基因组编辑技术，为基因功能研究和分子育种提供了显著的益处。然而，到目前为止，还没有研究将这种基因组编辑工具应用于芝麻 (Sesamum indicum L.)，芝麻是最古老和最重要的油料作物之一，广泛用于食品和医药等多个行业。在此，CRISPR/Cas9 系统与毛状根转化一起被用于诱导芝麻的靶向诱变。设计了两个单向导 RNA (sgRNA) 来靶向两个芝麻细胞色素 P450 基因 (CYP81Q1 和 CYP92B14)，它们分别是芝麻素和芝麻林的关键生物合成基因。测序数据显示目标位点发生了预期的 InDel 突变，CYP81Q1 和 CYP92B14 的突变频率分别为 90.63% 和 93.33%。最常见的编辑事件是单核苷酸缺失和插入。对 CYP92B14 -sgRNA 潜在脱靶位点的测序表明，在三个错配的情况下均未发生脱靶事件。高效液相色谱分析表明，突变的毛状根中芝麻素和芝麻林林的生物合成被有效破坏，证实了 CYP81Q1 和 CYP92B14 在芝麻木脂素生物合成中的关键作用。这些结果表明 CRISPR/Cas9 系统可以有效地实现定点诱变，并且 CRISPR/Cas9 结合毛状根转化是评估芝麻基因功能的有效工具。
通过内源启动子进行有效的定向诱变……
和缺失分别以+和-表示。i 使用酶StuI对T0纯合突变体进行限制性消化筛选。野生型Solanum etuberosum产生消化的PCR带（蓝色箭头），而突变植物产生对StuI消化有抗性的PCR带。J、k CR-SeSP5G突变体在短日照条件下开花，而野生型在短日照条件下不能开花。比例尺：1厘米；NF，无花。
用于饱和诱变的高效文库设计
因此，最好尽可能减小库的大小。由于自然突变的随机性，在一个密码子内实现多于一个碱基的变化是极其罕见的（7）。因此，研究自然突变（例如重演进化过程或估计突变体的致癌性）可能受益于仅解决单碱基变化。这些单碱基差异被定义为具有 1 的汉明距离。这种方法将密码子的数量从 32 个（使用常见的 NNK 密码子时）减少到仅 9 个。相反，对于蛋白质工程目的而言，关注大于 1 的汉明距离（即具有两个或三个碱基变化）可能更有利。已经表明，在许多情况下，表现最佳的突变体需要的不仅仅是一个碱基的变化，因为这样的密码子距离允许探索更广泛的多样性