CRISPR、Cas12a、CPF1、大麦、诱变、单子叶植物、基因组编辑摘要我们报告了首次成功、高效使用大麦中的 Lb Cas12a,并描述了两种新型 Cas12a 变体的开发和应用。总共我们使用二十种不同的指南比较了五种编码序列 (CDS) 变体,包括两种新型变体和两种指南架构,针对 5 种不同的靶基因。我们发现不同 CDS 版本 (0-87%) 和指南架构 (0-70%) 之间的编辑效率存在很大差异,并且表明我们的两个新型 CDS 版本在该物种的测试中大大优于其他版本。我们展示了产生的突变的遗传性。我们的研究结果强调了优化单个物种的 CRISPR 系统的重要性,并可能有助于在其他单子叶植物中使用 Lb Cas12a。正文 毛螺菌科细菌 Cas12a (Lb Cas12a) 可能是继化脓性链球菌 Cas9 (Sp Cas9) 之后植物基因组编辑中第二广泛使用的可编程核酸酶,并且具有一些潜在优势。首先,由于其对 TTTV PAM 的要求与 NGG 的 Sp Cas9 要求不同,它可用于 GC 沙漠,而 GC 沙漠通常存在于内含子、UTR 和启动子区域中。其次,Lb Cas12a 通常比 Sp Cas9 产生更大的缺失,这可能在缺失研究中有用。第三,虽然 Sp Cas9 在靶标的 PAM 近端切割产生平端,但 Lb Cas12a 在 PAM 远端区域切割产生粘端;这两个特征可能解释了使用 Lb Cas12a 实现的基因靶向发生率更高 (Wolter 和 Puchta,2019)。已知在植物中起作用的三种版本的 Lb Cas12a 针对一个大麦靶标进行了测试。首先,是水稻优化的编码序列 (CDS) (Os Cas12a) (Tang et al., 2017);其次是人类优化的 CDS (Hs Cas12a),在双子叶植物中具有功能 (Bernabé-Orts et al., 2019);第三是拟南芥优化的 CDS,包含 D156R“耐高温”突变 (tt At Cas12a) (Schindele and Puchta, 2020)。我们还创建了两个新版本,携带 D156R 突变的 Hs Cas12a (tt Hs Cas12a) 和携带 8 个内含子的 tt At Cas12 (tt At Cas12+int)。这些内含子之前曾显著提高过 Sp Cas9 的效率(Grutzner 2021),因此我们使用相同的在线工具(NetGene2 - 2.42 - Services - DTU Health Tech)在我们的 tt At Cas12+int 设计中为拟南芥选项获得了较高的剪接置信度。
Caption From left (standing): Stephen Perkins (General Manager, Tropicana Gold Mine, AGAA), Nelius Janse van Rensburg (Project Manager, AGAA), Vicky Scobie (Manager, Energy and Decarbonisation, AGAA), Andries Swart (Vice President, Projects – Australia, AGAA), Matt Duxbury (General Manager Commercial, Pacific Energy), Neil Thompson (Manager,资产管理,AGAA),西蒙·罗尔(Simon Roll)(Pacific Energy,Pacific Energy分部经理),Grant Farquhar(Pacific Energy的远程能源董事总经理),Jamie Cullen(Pacific Energy,Pacific Energy,Pacific Energy)左(座位):Michael Erickson(澳大利亚高级副总裁,Agaa,Agaa),Cliff Lawrenson(Cliff Lawrenson(Cliff Lawrenson))
糖尿病性视网膜病(DR)的特征是由于慢性高血糖而导致神经血管变性。增殖性糖尿病性视网膜病(PDR)是DR的最严重并发症,可以导致总(中央和外围)视觉丧失。pdr的特征是存在异常的新血管,即所谓的“新容器”,位于视盘(NVD)或视网膜(NVE)的其他地方。pdr可以发展为高风险特征(HRC)PDR(HRC-PDR),它的定义是NVD的存在大小超过四分之一至三分之一的圆盘区域,加上玻璃体出血或视网膜前出血,或者丢血前的出血,或玻璃体的出血或玻璃体前出血或前出血区粘附区域。在严重的情况下,纤维血管膜在视网膜表面生长,尽管进行了治疗,但仍会发生视力丧失的视网膜脱离。尽管大多数(如果不是全部)糖尿病的人寿命足够长的人会发展为DR,但只有在威胁视力范围内的PDR阶段的进展。
Huang, T.-K.、Armstrong, B.、Schindele, P. 和 Puchta, H. (2021) 使用 CRISPR/SaCas9 和耐高温 LbCas12a 在烟草中实现高效基因靶向。植物生物技术杂志 19 , 1314–1324。Lawrenson, T.、Hinchliffe, A.、Forner, M. 和 Harwood, W. (2022)。使用新型 Lb Cas12a 变体在大麦中进行高效基因组编辑以及 sgRNA 结构的影响。 biorxiv 10.1101/2022.04.28.489853v1 Malzahn, AA, Tang, X., Lee, K., Ren, Q., Sretenovic, S., Zhang, Y., Chen, H., Kang, M., Bao, Y., Zheng, X., Deng, K., Zhang, T., Salcedo, V., Wang, K., Zhang, Y. 和 Qi, Y. (2019) 应用 CRISPR-Cas12a 温度敏感性改进水稻、玉米和拟南芥的基因组编辑。BMC 生物学 17、9。Merker, L.、Schindele, P.、Huang, T.-K.、Wolter, F. 和 Puchta, H. (2020) 使用耐温 CRISPR/LbCas12a 增强拟南芥植物体内基因靶向效率。植物生物技术杂志 18 , 2382–2384。Schindele, P. 和 Puchta, H. (2020) 改造 CRISPR/LbCas12a 以实现高效、耐高温的植物基因编辑。植物生物技术杂志 18 , 1118–1120。Weiss, T.、Crisp, PA、Rai, KM、Song, M.、Springer, NM 和 Zhang, F. (2022) 表观遗传特征极大地影响了 CRISPR-Cas9 在植物中的功效。植物生理学。
通过同源定向修复 (HDR) 进行的基因组编辑 (GE) 可以最大程度地灵活地修改基因组。先前的基因打靶 (GT) 研究表明,将带有供体模板的 Cas9 或 Cas12a 表达盒通过基因枪递送到水稻愈伤组织中,可以使用 HDR 途径在靶位点进行精确替换或插入 (Li et al., 2016 , 2018 , 2019 ; Lu et al., 2020 )。其他研究小组还报告在玉米 (Svitashev et al., 2016 ) 和大麦 (Lawrenson et al., 2021 ) 中成功创建 GT 植物。然而,这些策略仅适用于适合细胞培养和再生的基因型。为了规避与细胞培养和再生相关的限制,我们最近开发了植物内粒子轰击 (iPB) 方法,该方法允许在小麦中进行基因型独立的基因组编辑 (Hamada 等人,2017 年;Liu 等人,2021 年)。iPB 方法利用茎尖分生组织 (SAM),其中包含注定在花发育过程中发育成生殖细胞的表皮下层 (L2) 细胞。成功将 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 递送到 SAM 可促进基因组编辑的发生,并可遗传给下一代 (Kumagai 等人,2022 年)。由于 SAM 具有细胞分裂活跃的特点,许多细胞处于 HDR 的先决条件 G2/M 阶段,我们假设可以通过 iPB 方法将设计的供体 DNA 与 RNP 一起递送到小麦 SAM 中,实现基于 HDR 的 GT(图 1a)。
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