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CENH3 错误表达导致柳枝稷单倍体和非整倍体
对于四倍体柳枝稷，我们将单倍体定义为两个亚基因组的基因组拷贝丢失。双单倍体技术需要有效的 2n 诱导系统以及随后的基因组加倍，并将提供新的育种机会，例如为商业杂交生产系统选择高性能自交系。不同柳枝稷亚种群的杂合亲本之间的杂交可产生生物量产量的杂种优势（Bhandari 等人，2017 年；Martinez-Reyna 和 Vogel，2008 年；Vogel 和 Mitchell，2008 年）。然而，由于柳枝稷中活跃的遗传不相容系统以及在获得的相对较少的自交基因型中可能发生的近交衰退和不育，自交系尚未开发。如果有更好的自交系，开发高产单交杂交种将是一种可选的育种方法。由于自交系的性能通常与其杂交种的性能相关，因此选择高产自交系可能具有优势（Hayes & Johnson，1939；Sprague，1977）。此外，DH 技术将促进所需性状、外来基因、转基因、染色体片段或整个染色体的渗入和稳定（Devaux & Pickering，2005；Forster & Thomas，2005）。
通过操纵胡萝卜 (Daucus carota) 中的 CENH3 引起染色体水平的变化和基因组消除
杂交品种因其高产量、一致性和其他理想性状而在许多作物物种中很有价值。双单倍体具有两组相同的染色体，对于杂交育种很有价值，因为它们可以在一代内产生，而通常用于生产杂交亲本的近交系需要多代过程。生产单倍体植物的一种方法是操纵着丝粒组蛋白 H3 (CENH3)。到目前为止，这种生产单倍体的方法已在拟南芥、玉米 (Zea mays) 和小麦 (Triticum aestivum) 中成功实现。本文我们描述了胡萝卜 (Daucus carot a) 中 CENH3 的修饰，以测试这些修饰诱导单亲基因组消除的能力，这是单倍体诱导的基础。使用碱基编辑来制作 cenh3 突变植物，其中 CENH3 编码组蛋白折叠结构域的区域具有氨基酸替换。然后将这些 cenh3 突变植物与 CENH3 野生型植物进行杂交。使用基于 PCR 的基因分型检测，我们确定了两个基因组消除候选物。一个候选物被归类为假定的非整倍体植物，其中 7 号染色体处于单拷贝状态。另一个候选物被描述为假定的四倍体，其在发生过程中可能为单倍体。我们的结果表明，这个假定的四倍体从 CENH3 野生型亲本继承了所有染色体，并且 cenh3 突变植物的基因组丢失了。这项研究提供了证据，表明胡萝卜中 CENH3 的修饰有可能诱导胡萝卜的基因组消除和倍性变化。
从 CRISPR/Cas9 介导的胡萝卜 (Daucus carota subsp. sativus) 着丝粒组蛋白 H3 (CENH3) 基因编辑中获得的见解
单倍体的产生是加速植物育种过程的最有效手段之一。在大多数作物物种中，有效的单倍体技术尚未出现或仅适用于有限的一组基因型。最近发表的关于拟南芥和玉米、小麦等主要谷类作物通过 CRISPR/Cas9 介导的着丝粒组蛋白 H3 基因 (CENH3) 编辑成功诱导单倍体的研究结果表明，这种生产单倍体植物的新方法也可能适用于胡萝卜等蔬菜物种。在这里，我们报告并总结了过去几年专注于基于 CRISPR/Cas9 编辑胡萝卜 CENH3 基因的不同实验和遗传方法。我们还描述了在胡萝卜基因组中发现的第二个 CENH3 基因位点，这使生成和分析假定的单倍体诱导基因型的尝试变得复杂。我们表明，三种不同的 CRISPR/Cas9 靶构建体（单独使用或组合使用）可以成功靶向胡萝卜 CENH3。已经发现了有希望的突变体，例如同框插入/缺失或同框删除突变体，但它们是否能成功用作假定的单倍体诱导物尚不确定。跨越 CRISPR 靶位点的扩增子的下一代测序和基于转录本的扩增子测序似乎是选择有希望的突变体、估计突变频率和首次预测涉及哪个基因的合适方法。本研究的另一个目的是用外来 CENH3 基因同时敲除和补充内源胡萝卜 CENH3 基因。利用根瘤菌将基于 CRISPR/Cas9 的胡萝卜 CENH3 敲除构建体与从人参 (Panax ginseng) 克隆的 CENH3 基因共转化。结果表明，人参 CENH3 蛋白在胡萝卜染色体的着丝粒区域内积累，表明 PgCENH3 可能是这种方法的合适候选者。然而，目前尚不清楚该基因是否在减数分裂细胞分裂过程中充分发挥作用并能够补充致死配子。本文讨论了开发基于 CENH3 的胡萝卜 HI 系统的挑战和未来前景。
植物着丝粒的结构、功能和进化
着丝粒是真核染色体的重要区域，负责形成着丝粒复合体，在细胞分裂过程中与纺锤体微管连接。值得注意的是，尽管着丝粒在染色体分离中保持保守功能，但其底层 DNA 序列在物种内和物种间都存在差异，并且主要是重复性的。着丝粒的重复内容包括高拷贝串联重复序列（卫星）和/或特定的转座子家族。着丝粒的功能区域由特定组蛋白 3 变体 (CENH3) 的加载定义，该变体使着丝粒成核并显示动态调节。在许多植物中，着丝粒由卫星重复阵列组成，这些阵列的 DNA 甲基化程度高，并被嗜着丝粒的逆转录转座子侵入。在某些情况下，逆转录转座子成为 CENH3 加载的位点。我们回顾了植物着丝粒的结构，包括单着丝粒、全着丝粒和元多着丝粒结构，这些结构在染色体上着丝粒附着位点的数量和分布上有所不同。我们讨论了 CENH3 负荷的变化如何在植物胚胎发生早期细胞分裂过程中驱动基因组消除。我们回顾了表观遗传状态如何影响着丝粒身份，并讨论了试图解释跨物种观察到的着丝粒序列快速变化的进化模型，包括重组的潜在作用。我们概述了可能在着丝粒内起作用的假定选择模式，以及重复序列在驱动着丝粒进化周期中的作用。虽然我们的主要重点是植物基因组，但我们将其与动物和真菌着丝粒进行了比较，以得出着丝粒结构和功能的真核生物范围的视角。
植物着丝粒的结构、功能和进化
着丝粒是真核染色体的重要区域，负责形成着丝粒复合体，在细胞分裂过程中与纺锤体微管连接。值得注意的是，尽管着丝粒在染色体分离中保持保守功能，但其底层 DNA 序列在物种内和物种间都存在差异，并且主要是重复性的。着丝粒的重复内容包括高拷贝串联重复序列（卫星）和/或特定的转座子家族。着丝粒的功能区域由特定组蛋白 3 变体 (CENH3) 的加载定义，该变体使着丝粒成核并显示动态调节。在许多植物中，着丝粒由卫星重复阵列组成，这些阵列的 DNA 甲基化程度高，并被嗜着丝粒的逆转录转座子侵入。在某些情况下，逆转录转座子成为 CENH3 加载的位点。我们回顾了植物着丝粒的结构，包括单着丝粒、全着丝粒和元多着丝粒结构，这些结构在染色体上着丝粒附着位点的数量和分布上有所不同。我们讨论了 CENH3 负荷的变化如何在植物胚胎发生早期细胞分裂过程中驱动基因组消除。我们回顾了表观遗传状态如何影响着丝粒身份，并讨论了试图解释跨物种观察到的着丝粒序列快速变化的进化模型，包括重组的潜在作用。我们概述了可能在着丝粒内起作用的假定选择模式，以及重复序列在驱动着丝粒进化周期中的作用。虽然我们的主要重点是植物基因组，但我们将其与动物和真菌着丝粒进行了比较，以得出着丝粒结构和功能的真核生物范围的视角。
烟熏本米亚纳的完整基因组组装揭示了centromeres的遗传和表观遗传景观
Nicotiana Benthamiana是一种在植物生物学和生物技术中广泛采用的模型生物。自2012年最初发行以来，其基因组研究已落后。为了进一步提高其实用性，我们生成和相位的同种异体二磷酸n. benthamiana的完整的2.85 GB基因组组装，所有19个centromeres和38个端粒完全分析。我们发现，尽管甲酸溶剂粒粒子被TY3/GYPSY逆转录座子广泛主导，但基于卫星的centromeres在N. Benthamiana中令人惊讶的是，在N. Benthamiana中，有11个Cendromeres中有11个由超级范围层面卫星阵列展出。有趣的是，富含卫星的和无卫星的丝粒被独特的吉普赛逆转录子广泛入侵，其中CENH3蛋白更优选地占据了CENH3蛋白，这表明它们在中心仪功能中至关重要。我们证明rDNA是丝粒卫星的主要起源，线粒体DNA可以用作Centromere的核心成分。亚基因组分析表明，卫星阵列的出现可能会在多倍体化后基因组休克期间驱动着丝粒的形成和成熟。总的来说，我们提出了本氏菌Centromeres通过Neocentromere的形成，卫星扩张，逆转录转座子富集和mtDNA整合而发展。
双倍体和单倍体诱导者介导的基因组编辑系统的机会和挑战
摘要：在过去的四十年中，双倍的双倍体在库瑟育种中发挥了重要作用。通过辐照花粉的原位孤立生成是获得单倍倍体的首选技术，然后在葫芦科中将其染色体倍增，例如瓜，黄瓜，南瓜，南瓜和冬南瓜。与其他物种中的单倍体过程加倍相反，库班的原位孤立生成提出了许多限制因素，这些因素阻碍了单倍体的有效产生。此外，这是非常耗时的和劳动力密集的。但是，单倍体诱导者介导的基因组编辑系统是一种可产生双倍双倍体的突破性技术。使用CRISPR / CAS9系统中的几份报告描述了库糖库物种，尽管其应用具有许多瓶颈，但CENH3基因的靶向敲除将允许育种者获得可用于获得多倍性诱导剂线，以获得py源性胚胎。在这篇综述中，我们讨论了使用CURSPR / CAS9技术在葫芦物种中的双倍单倍体和单倍体诱导剂基因型的发展方面取得的进展。本综述为应用单倍体诱导剂介导的基因组编辑系统的应用提供了见解
简历 Samuel Muiruri Kariuki 博士
Anwar Aliya Fathima、Mary Sanitha、Leena Tripathi、Samwel Muiruri (2022) 木薯（Manihot esculenta）的食品和生物能源双重用途：综述。粮食和能源安全（已接受）Samwel K. Muiruri、Valentine O. Ntui、Leena Tripathi、Jaindra N. Tripathi (2021) 提高木薯（Manihot esculenta）耐旱性的机制和方法，当代植物生物学，28,100227，2214-6628。https://doi.org/10.1016/j.cpb.2021.100227。 Alice Lunardon、Samwel Muiruri Kariuki、Michael J. Axtell (2021) 番茄和本氏烟中瞬时引入的转基因中多顺反子人工微小 RNA 和反式 siRNA 的表达和加工。植物杂志，4，106，1087-1104。DOI：https://doi.org/10.1111/tpj.15221 Ogden, Aaron J.、Jishnu J. Bhatt、Heather M. Brewer、Jack Kintigh、Samwel M. Kariuki、Sairam Rudrabhatla、Joshua N. Adkins 和 Wayne R. Curtis 2020。“干旱和恢复期间的韧皮部渗出物蛋白谱揭示了番茄维管系统中的非生物应激反应”国际分子科学杂志 21，号。 12：4461。https://doi.org/10.3390/ijms21124461 Muiruri, KS、Britt, A.、Amugune, NO、Nguu, EK、Chan, S. 和 Tripathi, L. (2017)。在栽培三倍体和野生二倍体香蕉（芭蕉属）中表达着丝粒特异性组蛋白 3 (CENH3) 变体。植物科学前沿，8, 1034。DOI：10.3389/fpls.2017.01034 Muiruri, KS、Britt, A.、Amugune, NO、Nguu, E.、Chan, S. 和 Tripathi, L. (2017)。利用线粒体和核标记进行香蕉显性等位基因系统发育和组成亚基因组单倍型推断。基因组生物学与进化，9(10)，2510-2521 10.1093/gbe/evx167 。Tripathi, JN、Ntui, VO、Ron, M.、Muiruri, S. K.、Britt, A. 和 Tripathi, L. (2019)。利用 CRISPR/Cas9 编辑香蕉属 B 基因组中的内源性香蕉条纹病毒，克服了香蕉育种中的一大难题。通讯生物学，2(1)，46。https://doi.org/10.1038/s42003-019-0288-7